DE2906965A1

DE2906965A1 - Drucksensor fuer elektronische steuerungssysteme in kraftfahrzeugmotoren

Info

Publication number: DE2906965A1
Application number: DE19792906965
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Hayama; Susumu Ito; Morimasa Nagao; Toshio Yamagata
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1978-02-23
Filing date: 1979-02-22
Publication date: 1979-08-30
Also published as: FR2418453B1; GB2016703B; JPS54113379A; FR2418453A1; US4217783A; GB2016703A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht"sich auf einen Drucksensor für elektronische Steuerungssysteme in Kraftfahrzeugmotoren nach den Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Anwendung der Elektronik bei Automobilen hat sich vom Standpunkt der Fahrsicherheit, des wirtschaftlichen Treibstoff Verbrauchs, des leichten Handhabens, der Verminderung der Umweltverschmutzung, usw. derart ausgebreitet, daß sie nun das gesamte Fahrzeug einschließlich der Motorensteuerungssysteme abdeckt. Beispielsvjeise ist ein auf Mikroprozessorbasis aufgebautes elektronisches Motorensteuerungssystem_a das den wirtschaftlichen Treibstoffeinsatz verbessern und die Luftverschmutzung vermindern soll, in dem Artikel ''Special Report: Automataves Electronics gets the Green Light", von Gerald M. Walker in"Electronics", 29. September 1977, S. 83-88 (Druckschrift 1) beschrieben. Das elektronische Motorensteuerungssystem in Fig. 3 auf S. 86 der Druckschrift 1 verwendet einen ^-Bit-Mikroprozessor und sieben Motorenzustands-Sensoren. Der Mikroprozessor steuert zwei Stellglieder, wodurch die zeitlich richtige Einteilung der Zündung (Zündsynchronisierung) bzw. der Wiederumlauf des Abgases gesteuert wird. Bei diesem Steuerungssystem ist einer der sieben Sensoren ein Drucksensor zum Messen des Vakuumdruckes in der Motoren-Abgassammelleitung. Die Information über den Druck oder das Ausgangssignal der beiden Drucksensoren wird dem Mikroprozessor zur Steuerung der Zündsynchronisierung und des Wiederumlaufes zugeführt.

Ein bekannter Aufbau eines solchen Drucksensors ist in dem Artikel "An IC Piezoresistive Pressure Sensor for Biomedical

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Instrumentation" von Samuel, Kensall D. V7ise et, al. in "IEE Transactions of Biomedical Engineering", Band BME 20, Nr. 2, März 1973, S. 101-109 (Druckschrift 2) beschrieben. Wie in Fig. 1 der Druckschrift 2 dargestellt, enthält der offenbarte Drucksensor als wesentliches Mittel zur elastischen Spannungsvergrößerung eine extrem dünne Siliziummembran von 5 μ Dicke, die mit p-diffundierten piezoelektrischen Widerstandselementen kombiniert ist, deren piezoelektrische Widerstände in Abhängigkeit vom zu messenden Druck veränderlich sind. Aus diesem Grunde ist zur Bildung einer solch dünnen Membran eine in hohem Maße verfeinerte Ätztechnik erforderlich, was eine sehr kostspielige Vorrichtung zur Folge hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Drucksensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der diese Nachteile vermeidet, der also in wesentlich kostengünstigerer Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Drucksensor der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene, perspektivische

Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles vorliegender Erfindung,

Fig. 2a,b,c und

Fig. 3a,b,c Diagramme zur Erläuterung des Prinzips von

magnetischen Widerstandselementen, wie sie bei vorliegender Erfindung eingesetzt werden,

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Fig. Ua und b Membranbereiche, in denen mindestens ein

magnetisches Widerstandselement befestigt ist,

Fig. 5A-G,

a-g und u-x Draufsichten auf verschiedene Anordnungen der

magnetischen Widerstandselemente und

Fig. 6a-d Schaltkreise als Teil eines Ausführungsbeispie

les vorliegender Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte Drucksensor gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung besitzt ein Gehäuse 11, an dessen einem Ende ein Einlaßrohr 12 befestigt ist. Das zu messende Fluid (flüssiges oder gasförmiges Medium), wie bspw. atmosphärische Luft oder ein Brennstoff-Luft-Gasgemisch wird durch die Leitung 12 in das Gehäuse 11 eingeführt. Im Gehäuse 11 ist eine mit einer zentrischen bzw. mittigen öffnung 18^ versehene Teilungsplatte 18 derart angeordnet, daß sie den Gehäuseinnenraum in zwei Kammern unterteilt, und zwar in eine Bezugsdruckkammer 14, die auf atmosphärischem Druck gehalten wird, und in eine andere Kammer 13, die auf dem zu messenden Fluiddruck gehalten wird. Über der zentralen Öffnung 18,, ist auf der Teilungsplatte 18 eine Membran 15 befestigt, die aus Glas hergestellt ist und die unter dem Fluiddruck, der durch das Einlaßrohr 12 in die Kammer 13 eingeleitet wird, auslenkbar ist. Auf der Glasmembran 15 ist ein "magnetoresistives" Element 20, im folgenden als magnetisches Widerstandselement oder als MR-Element bezeichnet, befestigt, das in Abhängigkeit von der Auslenkung der Membran 15 eine elektrische Widerstandsänderung erzeugt. Die Bezugsziffer 16 kennzeichnet einen Detektor,. der die Widerstandänderung des Elements 20 erfaßt und der ein der Widerstandsänderung entsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet eine Kappe, die an der Oberseite des Gehäusekörpers 11 über dem Detektor 16 angeordnet ist, und die Bezugsziffer 17 ein Kabel bzw. eine elektrische Leitung, die mit dem Detektor 16 verbunden ist_s der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt ο

® © © D i Q @ 1

Bei dieser Sensorkonstruktion wird, wenn der zu messende Druck in der Kammer 13 des Gehäuses 11 ansteigt, die Membran konvex nach oben gebogen, und eine auf die Weise induzierte (elastische) Spannung wirkt auf das MR- bzw. magnetische Widerstandselement 20, das auf der Bezugsdruckseite bzw. auf der Oberseite der Membran 15 gehalten ist. Infolgedessen wird die Magnetisierung des Elementes 20 hinsichtlich dessen Vorzugsachse (easy axis) um einen definierten Winkel gedreht, so daß sich der elektrische Widerstand des Elementes 20 in Abhängigkeit vom in die Gehäusekammer 13 herrschenden Druck ändert. Es sei bemerkt, daß die gedrehte Vorzugsachse bei einem dem Referenzdruck gleichen Druck in ihren Ausgangszustand zurückkehrt.

Eine solche Widerstandsänderung wird erfaßt und vom Detektor 16 verstärkt, und es wird ein elektrisches Signal, das dem eingebrachten Druck entspricht, über das an der Gehäusekappe 10 befestigte Kabel 17 abgegeben.

Im folgenden sei die Beziehung zwischen der mittels der Membran 15 induzierten elastischen Spannung im Element 20 und der Widerstandsänderung des Elementes 20 anhand der Fig. 2a, b und c und der Fig. 3a, b und c beschrieben. In diesen Figuren stellt die Bezeichnung J£(Lamda) die Magnetostriktionskonstante des Elementes 20 dar.

In den Fig. 2a und 2b bezeichnet der Bezugsbuchstabe I die , Richtung eines Stromes, der durch die Elemente 20. und 2O₁, parallel oder rechtwinklig zur Vorzugsachse M (der Magnetisierung) fließt. Die Elemente 20. und 2O₁^ sind einer elastischen Spannung <3*(Sigma) ausgesetzt, die senkrecht zur Richtung des Stromes I wirkt.

Die Beziehung zwischen der Spannung 6* und dem Widerstand unter den Bedingungen der Fig. 2a (und 3b) ist in Fig. 2c dargestellt.

Andererseits zeigen die Fig. 3a und 3b die betreffenden Zu-

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stände von MR- bzw. magnetischen Widerstandelementen 2CL· und 2O₂, die der Spannung & ausgesetzt sind, die parallel zur Richtung des Stromes I wirkt, der durch die Elemente 20_Q und 2O₀ rechtwinklig bzw. parallel zur Vorzugsachse M fließt.

Fig. 3c zeigt die Beziehung zwischen der Spannung €* und dem Widerstand unter den Bedinungen der Fig. 3a (und 2b).

Im einzelnen gilt folgendes: Wenn gemäß den Fig. 2a und 3b die Spannung 6" an die MR-Elemente 2O₁ und 2O₂ mittels der Membran in der durch die gestrichelte Linie mit dem Pfeilkopf angedeuteten Richtung angelegt wird, dreht sich die Vorzugsachse M des Elementes unter dieser Spannung in eine Richtung, die senkrecht zur Richtung der Stromanwendung verläuft. Andererseits dreht sich im Falle der Fig. 31 und 2b die Vorzugsachse M in eine Richtung parallel zur Richtung der Stromanwendung. Somit sind in den Fällen der Fig. 2a und 3b die gedrehten Vorzugsachsen M und der Strom I senkrecht zueinander angeordnet, so daß der Widerstand des MR-Elementes verringert wird, wie man aus Fig. 2c sieht, während in den Fällen der Fig. 3a und 2b die Richtung der gedrehten Vorzugsachse M und die der Stromanwendung parallel zueinander wird, so daß der Widerstand des Elementes größer wird, wie aus Fig. 3c ersichtlich ist.

Im folgenden sei die Anordnung der MR-Elemente 20 auf der Membran 15 anhand der Fig. Ua und 4b und der Fig. 5A-G, a-g und u-x beschrieben.

Der Ort und die Lage der MR-Elemente auf der Membran 15 ist durch den RAdius a der Öffnung 18. in der Teilungsplatte 18, auf der die Membran 15 festgehalten wird, und durch die Dicke, den Youngschen Modul»£ und die Poissonsche Zahl V der Membran bestimmt. Im Falle einer kreisförmigen Membran 15 sind, wie dargestellt , die bevorzugtesten Bereiche zum Befestigen der MR-Elemente der mittige Bereich mit dem Radius l/3a und der periphere

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Bereich zwischen dem Radius 2/3a und dem Radius a der Öffnung 18^, welche beiden Bereiche durch Strichelung mit gestrichelten Umfangslinien dargestellt sind. Das Wünschenswerte an der Auswahl dieser Membranbereiche ist auf S. 103 der DRuckschrift beschrieben, wobei die Beziehung zwischen der elastischen Spannung und dem radialen Abstand vom Membranmittelpunkt gezeigt ist. Es ist aus Gleichung (1) und Fig. 2 der Druckschrift 2 ersichtlich, daß dann, wenn sich ein Druck auf eine kreisförmige Membran mit dem Radius a auswirkt, eine in der Membran induzierte elastische Spannung innerhalb eines radialen Abstandes von etwa 2/3a positiv ist und außerhalb davon negativ ist; dabei ist insbesondere im zentralen Bereich des Radius l/3a und im peripheren Bereich mit einer radialen Breite von l/3a eine große elastische Spannung induziert, die eine sehr erhebliche Widerstandsänderung eines auf d^sr Membran befestigten MR-Elementes zur Folge hat.

In den Fig. 5A-G sind verschiedene Beispiele von Formen und Anordnungen von MR-Elementen dargestellt, deren Magnetostriktionskonstante -2 negativ ist. In den Fig. 5A-G ist jedes MR-Element 21 bis 26 in demselben Zustandm wie in Fig. 2b dargestellt, angeordnet, so daß der Strom I zur gedrehten Vorzugsachse M parallel gerichtet ist. In den Elementen 21 bis 26 bewirkt deshalb eine Spannung, die aufgrund der Auslenkung der Membran 15 induziert worden ist, eine Drehung der Achse M aus ihrer normalen Richtung senkrecht zur Richtung des Stromes I in eine Richtung parallel hierzu, was deshalb eine Verringerung des Widerstandes des Elementes zur Folge hat.

Darüber hinaus entsprechen die MR-Elemente 27 bis 29 und 40 der Fig. 5a-e denen in Fig. 3a gezeigten, d.h., bei Spannungsbeaufschlagung wird der Widerstand der Elemente vergrößert, da die Vorzugsachse M aus ihrer normalen Richtung senkrecht zur Richtung des Stromes I in eine Richtung parallel hierzu gedreht ist. Die MR-Elemente 41 und 42 der Fig. 5f und 5g sind in einem Zustand angeordnet, der dem in Fig. 2a gezeigten entspricht, d.h., die Vorzugsachse M der spannungsbeaufschlagten MR-Elemente wird

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aus ihrer normalen Richtung"parallel zur Richtung des Stromes I in eine Richtung senkrecht dazu gedreht, was eine Verringerung des Widerstandes der Elemente zur Folge hat.

Die Anordnung einer Vielzahl von MR-Elementen auf der Membran, wie sie bspw. in den Fig. 5A-G und 5a-g gezeigt ist, ist deshalb vorteilhaft, weil ihr Sensorausgang erhöht werden kann. Darüber hinaus können die Elemente nicht nur in Form von Streifen oder Stäben, sondern auch U-förmig (Pos. 23), radial (Pos. 25, 26), spiralig (Pos. 41), bogenförmig (Pos. 42) oder in sonstiger Weise ausgebildet werden, um ihre Länge mit dem Ergebnis zu erhöhen, daß eine elastische Spannung wirksam induziert wird, um dadurch ein weiteres Anwachsen des Sensorausganges zu erreichen.

In den Fig. 5u, v, w und χ sind MR-Eleraente unterschiedlicher Form,wie sie in den Fig. 5A-G und 5a-g gezeigt sind, in verschiedenen Kombinationen auf derselben Membran 15 befestigt. Die MR-Elemente 27, 28 sind Elemente, deren Magnetostriktionskonstante 2, positiv ist und deren Widerstand in Abhängigkeit von der induzierten Spannung & anwächst. Die MR-Elemente 22, 2 5 sind Elemente mit einer negativen Magnetostriktionskonstante ^ , so daß ihr Widerstand in Abhängigkeit von der Spannung 6T abnimmt. Das MR-Element 42 und ein hierzu ähnliches Element 4-3 sind Elemente, die eine positive Magnetostriktionskonstante ^.besitzen, was eine Abnahme ihres Widerstandes in Abhängigkeit von der Spannung ©*zur Folge hat.

Es versteht sich, daß Form und Anordnung der MR-Elemente zur Anwendung bei vorliegender Erfindung nicht auf die in. den Fig. 5A-G, 5a-g und 5u-x dargestellten Beispiele begrenzt ist, sondern in vielfältiger Weise modifiziert werden können, solange sichergestellt ist, daß der Widerstand der MR-Elemente sich in Abhängigkeit von der Deformation der Membran 15 ändert. Erwähnt _s-ei noch, daß in den Fig. 5A-G, a-g und x-u die gestrichelten Kreise mit dem Radius a die befestigte Kante bzw. Rand der Membran 15 zeigt.

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Gemäß den Fig. 6a und b, die Detektoren zum Erfassen der Widerstandsänderungen einer Vielzahl von MR-Elementen zeigen, werden Verstärker verschiedener Typs verwendet. Dort sind die variablen Widerstände mit denselben Bezugsziffern wie die in den Fig. 5A-G, 5a-g und 5u-x verwendeten MR-Elemente bezeichnet.

Zunächst sei die Anordnung und die Wirkungsweise des Schaltkreises nach Fig. 6a beschrieben, der bei der Anordnung nach Fig. 5A Verwendung findet. Tn Fig. 6a sind zwei MR-Elemente 21 und zwei feste Widerstände 21.. und 21» derart angeordnet, daß sie eine Brückenschaltung bilden, so daß die Widerstandsänderungen der betreffenden Elemente 21 in gegeneinander gerichtete Spannungsänderungen umgewandelt werden. Bei diesem Aufbau ist das Ausgangsniveau der Elemente 21 in der Brückenschaltung einstellbar. Es sei angenommen, daß die Werte R., und R„ die Widerstandwerte der betreffenden Elemente 21 und v. und r„ die betreffenden Widerstandswerte der entsprechenden festen Widerstände 21. und 21„ darstellen. Dann wird, wenn die Bedingung R.. R£ = r^ . r„ gilte, keine Spannung bewirkt, d.h., die beiden Elemente 21 haben denselben Ausgangspegel.

Es versteht sich, daß der Druckdetektorausgang dadurch verdoppelt werden kann, daß die Ausgänge der beiden MR-Elemente gleichzeitig als Eingangssignal an einem Differenzverstärker 3 3 angelegt werden, wie dies in Fig. 6a dargestellt ist. Die Schaltkreisanordnung der Fig. 6a ist ebensogut bei anderen MR-Anordnungen, wie sie in den Fig. 5B, F, G, a, b, f und g dargestellt sind, mit denselben Ergebnissen anwendbar.

Der Schaltkreis der Fig. 6b ist ein Beispiel eines Detektors zur Anwendung bei der Anordnung nach Fig. 5C. Der Detektor der Fig. 6a enthält jeweils zwei Schaltkreiseinheiten, von denen jeder derselbe ist wie der in Fig. 6a gezeigte Schaltkreis, und einen Differenzverstärker 34. Die beiden Schaltkreisexnheiten sind mit der positiven bzw. negativen Eingangsklemme des Diffe-

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renzverstärkers 34 derart verbunden, daß die Ausgänge der Differenzverstärker 33 der beiden Schaltkreiseinheiten zueinander entgegengerichtete Polarität besitzen. Wie aus dem Vorgehenden ersichtlich ist, kann dieser Detektor ein Ausgangssignal erzeugen, das das Vierfache von dem ist, wie es mit einem einzigen !4P-Element desselben Typs erreichbar ist. Eine solche Schaltkreisanordnung ist auch bei den Anrodnungen nach den Fig. 5D, E, c, d, e, w und χ anwendbar.

Fig. 6c ist eine andere Form eines Detektors, der an die Anordnung der Fig. 5u angepaßt ist. BEi diesem Detektor wird der Widerstand eines MR-Elementes 21 bei einer induzierten Spannung verringert, während derjenige des anderen MR-Elementes 27 vergrößert wird, so daß das Detektorausgangssignal das Zweifache von dem ist, wie es mit einem einzigen MR-Element erreichbar iat.

Fig. 6d zeigt eine weitere Form eines Detektors zur Anwendung bei der Anrodnung nach Fig. 5v. Der Detektor der Fig. 6d enthält zwei Schaltkreiseinheiten, von denen jeder dem Schaltkreis der Fig. 6c entspricht. Die Ausgänge der betreffenden Schaltkreiseinheiten sind mit der positiven bzw. der negativen Eingangsklemme eines Differenzverstärkers 34 einer zweiten Stufe verbunden und wirken somit als Signal entgegengesetzter Polarität. Das Ausgangsniveau dieses Detektors beträgt das Vierfache von dem, wie es mit einem einzigen MR-Element erreichbar wäre.

Bei der vorliegenden Vorrichtung kann die Bezugsdruckkammer 14 statt mit atmosphärischer Luft gefüllt zu werden, auch evakuiert werden, um den absoluten Wert des zu messenden Druckes abzunehmen. Jegliche mögliche Verschlechterung der Bestandteile der Bezugsdruckkammer 14 kann dadurch wirksam verhindert werden, daß sie mit inertem Gas gefüllt wird.

Im folgenden seien die spezifischen Materialien, Formen und Größen der Bestandteile der vorliegenden Vorrichtung, wie sie in den

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Fig. 1 bis 6a dargestellt sind, in Verbindung mit dem Herstellungsverfahren der Vorrichtung beispielhaft beschrieben.

Das aus rostfreiem Stahl hergestellte Gehäuse 11 besitzt einen Außendurchmesser von 30 mm und eine Wanddicke von 3 mm. Das Einlaßrohr 12 und die Teilungsplatte 18, die beide aus rostfreiem Stahl hergestellt sind, sind am Gehäuse 11 durch Schweißen befestigt. Die Teilungsplatte 18 besitzt eine Dicke von 3 mm und ist mit einer mittigen Öffnung von 10 mm Durchmesser versehen. Die Membran 15, auf der die MR-Elemente 20 und die Klemmen 31 angeordnet sind, ist aus Glas, besitzt eine Dicke von 0,5 mm, einen Durchmesser von 20 mm, einen YoungscTien Modul von 7600 kg/mm und eine Poissonsche Zahl von 0,22 und ist durch Haftmittel an der Membran 15 befestigt. Die Leitungen 32, die sich -von den betreffenden Klemmen 31 aus erstrecken, sind mit dem Detektor 16 verbunden, der auf einer keramischen Grundplatte gebildet ist, die wiederum mit dem Gehäuse 11 haftend fest verbunden ist. Die Gehäusekappe 10 besitzt Klemmen bzw. Endverbindungen nach Art einer hermetischen GlasVersiegelung, die mit dem Detektor verbunden sind, und ist mit dem Gehäusekörper 11 durch Einsetzen in einen Vakuumofen luftdicht versiegelt. Die Kappe 10 als solche ist leicht befestigt am Gehäusekörper 11 gehalten, wobei an der Kappenunterkante 1O₁ ein thermisches Klebemittel angewendet ist, in dem der Ofen auf 1 mmHg (=0,OO136kp/cm ) oder weniger evakuiert ist und dann auf eine Temperatur von 100° C bis 150° C über ein bis zehn Stunden aufgeheizt ist. In dem auf diese Weise versiegelten Gehäuse wird die Bezugsdruckkammer

wie man sieht, unter einem Vakuum von lmmHg (=0,00136 kp/cm ) oder weniger gehalten. Es wird dann das Gehäuse aus dem Ofen herausgenommen und dann das Kabel 17 damit verbunden. Die ,MR-Elemente 20 sind bspw. aus einer 90 %Ni-10 % Fe-Legierung (mit einer Magnetostriktionskonstanten -X< 0) auf einem Membranplättchen unter Vakuumablagerung und Ätzen in dünnen bzw. schmalen Streifen gebildet. Im Falle der Fig. 5A sind zwei solcher Streifen von 500 Ä (=0,05 μ) Dicke, 1 mm Länge und 20 μ Breite parallel zueinander unter einem Abstand von 2 μ gebildet; die

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Membran 15, die diese MR-Elemente 21 trägt, ist auf der Teilungs platte 18 konzentrisch zur zentrischen Öffnung von 10 mm Durchmesser angeordnet. Jedes dieser solcherart geformten MR-Elemente ergab einen elektrischen Widerstand von 200J1 (Ohm) im Normalzustand und einen Widerstand von 198,69JI , wenn sie einem

Druck von 1 kp/cm ausgesetzt waren. Die Klemmen 31 an den gegenüberliegenden Enden der MP-Elemente sind durch Au-Dampfablagerunr in der Dicke von 1 ^i gebildet und nit entsprechenden Zuleitungen 32 durch Löten verbunden.

Der bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Detektor 16 ist von dem in Fig. 6a gezeigten Typ mit einem Strom von 5 mA durch jedes der beiden MR-E leinen te 21. Man erhielt Spannungen

2 von 3,29 mV beim Absolutdruck von 0,5 kp/cm , von 6,58 mV bei 1,0 kp/cm , von 9,87 mV bei 1,5 kp/cm" und von 13,1 mV bei 2,0

kp/cm an jeder der Eingangsspannungsklemmen des Differenzverstärkers 33. Die dem Differenzverstärker 33 eingegebene Spannung wurde etwa 152 mal verstärkt, und das Verstärkungsausgangssignal über das Kabel 17 wurde mit einer Empfindlichkeit von

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etwa 1 V/ (kp/cm ) erzeugt. Der minimale erfaßbare DRuck be-

2
trug 0,05 kp/cm oder weniger, und die Vorrichtung sprach auf

Drücke bis zu einem Maximum von 2 kp/cm mit einem Fehler innerhalb i 5 % an. Wie man leicht einsieht, ist ein solcher Drucksensor insbesondere zur Verwendung als barometrischer Druck sensor oder als Ansaugkrümmer-Drucksensor geeignet. Darüber hinaus wird die erfindungsgeraäße Vorrichtung durch reaktive Gase nicht nachteilig beeinflußt, da alle seine Bestandteile zur elektrischen Druckabtastung und zur Verstärkung gegenüber dem äußeren atmosphärischen Gas geschützt bzw. abgekapselt sind. Die oben gegebene Druckempfindlichkeit kann durch Ändern von Form und Größe (einschließlich der Dicke) der Membran und deren mechanischer Eigenschaften, wie bspw. des Youngschen Modul und der Poisson-Zahl frei eingestellt werden. Bezüglich Einzelheiten des Einstellvorganges sei auf die S. 103 und 104 der Druckschrift Bezug genommen.

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Die oben erwähnten Materialien der Bauelemente sind lediglich beispielhaft angegeben. Die Materialien für die Kappe 10, den Gehäusekörper 11, das Einlaßrohr 12 und die Teilungsplatte 18 können jedoch ebenso in geeigneter Weise aus der Gruppe ausgewählt werden, die gewöhnliche Stähle, Messing, Aluminiumlegierungen und Kunststoffe umfaßt. Für die Membran 15 können ebensogut alle von Glas verschiedenen, mit einer glatten Oberfläche versehenen Materialien, einschließlcih der obengenannten Metalle, Legierungen und Kunststoffe und auch Einkristalle aus Silizium und Saphir verwendet werden.

Die Elemente 20 können nicht nur aus einer Ni-Fe-Legierung hergestellt werden, sondern auch aus Materialien, die aus derjenigen Gruppe ausgewählt sind, die Ni-Co-Legierungen und eine Vielzahl Elemente enthaltender ferromagnetischer Legierungen enthalten, die hauptsächlich aus Ni, Co und/oder Fe bestehen und durch Dünnfilmtechniken hergestellt sind, die typischerweise Dampfablagerung, Aufsprühen oder Plattieren und Ätzen umfassen. Für die Klemmen 31 werden Materialien, wie Al und Cu, verwendet.

Wie oben beschrieben, können die magnetischen Widerstandelemente vorliegender Drucksensorvorrichtung auf der Membran gleichzeitig durch Dünnschichttechniken gebildet bzw. Hergestellt werden; die Membran muß dabei nicht notwendigerweise kreisförmig sein, sondern sie kann jede geeignete Form haben. Die vorliegende Vorrichtung hat deshalb den Vorteil, daß sie leicht und unter geringeren Kosten auf Massenproduktionsbasis in der V/eise herstellbar ist, daß die MR-Elemente und ihre Klemmen set- bzw. satzweise auf einer großflächigen Platte aus Membranmaterial hergestellt werden, und daß dann die Platten in Chips vorbestimmter Form und Größe geschnitten werden. Ein weiterer Vorteil vorliegender ERfindung besteht darin, daß sie in verschiedenen Typen frei gestaltet werden kann, die von Typen hoher Empfindlichkeit für geringen Druck bis zu Typen geringer Empfindlichkeit für hohen Druck reichen, da das Maß der Widerstandsänderung der MR-Elemente durch die Auswahl der Form und der mechanischen Eigenschaften-der Membran eingestellt wer-

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den kann.

Obwohl die vorliegende Erfindung nur in Verbindung gewisser spezifischer Ausführungsbeispiele beschrieben und gezeigt V7orden ist, versteht es sich für den Fachmann,, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern daß verschiedene Abwandlungen und Modifikationen für den Fachmann möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die vorliegende Erfindung hat also einen Drucksensor zum Gegenstand, der im wesentlichen aus magnetischen Widerstandelementen besteht, die auf einer Membran angeordnet sind, Vielehe als Spannungsverstärker dient. Die Membran kann bspw. aus Glas mit einer Dicke von 0,5 na sein, und die magnetischen Widerstandselemente darauf können in einem beliebigen gewünschten Muster aus dünnen Streifen mittels herkömmlicher Dünnschichttechniken aufgebracht sein. Solche Sensorelemente können in Massen produziert werden, bspw. durch Dampfablagerung und Ätzen einer großen Platte aus Membranmaterial und durch Schneiden dieser Platte in Chips gewünschter Form und Größe.

- Ende der Beschreibung -

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Claims

Patentansprüche

Drucksensor für elektronische Steuerungssysteme in Kraftfahrzeugir.otoren, mit einem Gehäuse, in dem eine mit mindestens einem elektromechanischen Wandlerelement versehene Membran angeordnet ist, die sowohl dem zu messenden Druck eines Fluids als auch einem Bezugsdruck ausgesetzt ist, und mit einem elektrischen Detektor, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseinnenraum durch eine mit mindestens einer Öffnung (18^) versehene Teilungsplatte (18) in zwei Kammern (13, 14) unterteilt ist, von denen in die eine das Fluid eingeführt und in die andere der Bezugsdruck aufgebaut ist, daß an der Teilungsplatte (18) die Membran (15) befestigt ist, die unter dem Druck des in die eine Gehäusekammer (13) eingeführten Fluids auslenkbar ist, und daß das mindestens eine auf der Membran (15) befestigte Wandlerelement ein magne-

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tisches Widerstandelement (20-29, 40-42) ist, dessen elektrischer Widerstand sich in .Abhängigkeit von der Auslenkung der ^Membran ändert und vom Detektor (16) abgetastet wird.
2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine magnetische Widerstandelement (20-29, 4-0-42) im Mittenbereich und/oder am Umfangsrandbereich der Membran (15) angeordnet ist.
3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß er mindestens zwei magnetische Widerstandselemente (20-29, 40-42) enthält, von denen das eine aus einem Material mit positiver Magnetostriktionsknstanten und das andere aus einem Material mit negativer Magnetostriktionskonstanten gebildet ist.
4. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die andere Gehäusekammer (14) unter Vakuum gehalten ist.
5. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die andere Gehäusekammer (14) mit einem, inerten Gas gefüllt ist.
6. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das magnetische Widerstandselement (20-29, 40-42) leistenförmig, U-förmig, radial, spiralig und/oder bogenförmig ist.

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