DE3315605A1

DE3315605A1 - Pressure sensor

Info

Publication number: DE3315605A1
Application number: DE19833315605
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr.rer.nat. 7440 Nürtingen Müller
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1983-04-29
Filing date: 1983-04-29
Publication date: 1984-10-31

Abstract

The gas in the inner space of a barometer capsule has a pressure at normal temperature which corresponds to a firmly preset desired pressure invariable with time. The effect of temperature changes on the pressure determination is negligible. A pressure sensor of such a construction is preferably suitable as a tyre-pressure sensor. <IMAGE>

Description

Drucksensor Pressure sensor

Die Erfindung betrifft einen als Barometerdose ausgebildeten Drucksensor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a pressure sensor designed as a barometer box according to the preamble of the main claim.

Drucksensoren, mit denen eine Abweichung von einem vorgegebenen, zeitlich unveränderlichen Solldruck festgestellt werden kann, sind vor allem dort von Bedeutung, wo im Falle einer Abweichung entweder eine automatische Nachregulierung erfolgen soll oder ein Alarmsignal gegeben werden soll. Eine Anzeige im Falle eines sich ändernden Drucks ist beispielsweise bei Autoreifen wünschenswert.Pressure sensors with which a deviation from a predetermined, temporal unchangeable target pressure can be determined, are of particular importance there, where in the event of a deviation either an automatic readjustment takes place or an alarm signal should be given. An ad in the event of yourself changing pressure is desirable in the case of car tires, for example.

Bei Autoreifen ist auch der Solldruck zu allen Zeiten gleich.In the case of car tires, the target pressure is also the same at all times.

Eine Barometerdose ist ein hermetisch abgeschlossener Hohlkörper, dessen Wandung mindestens teilweise so nachgiebig ist, daß sich das umschlossene Volumen andern kann. Die Volumenänderung wird gemessen und dient als Maß für den auf die Außenseite auf das nachgiebige Wandteil ausgeübten Druck. Jedoch führen nicht nur Druck- änderungen, sondern auch Temperaturänderungen zur Veränderung des eingeschlossenen Volumens. Der Einfluß von Temperaturänderungen muß durch geeignete Maßnahmen kompensiert oder bei der Auswertung des Meßergebnisses berücksichtigt werden.A barometer box is a hermetically sealed hollow body, whose wall is at least partially so flexible that the enclosed Volume can change. The change in volume is measured and used as a measure of the pressure exerted on the outside of the resilient wall part. However lead not just printing changes, but also temperature changes Change in the enclosed volume. The influence of temperature changes must be compensated for by suitable measures or when evaluating the measurement result must be taken into account.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs anzugeben, bei dem der Einfluß einer Temperaturänderung möglichst gering ist.The invention has for its object to provide a pressure sensor according to the Specify the generic term of the main claim, in which the influence of a temperature change is as low as possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innendruck der Barometerdose bei einer vorgegebenen Bezugstemperatur gleich dem Sollwert des zu messenden Drucks ist. Als Bezugstemperatur kommt vorwiegend die Normaltemperatur von 200C oder eine mittlere Betriebstemperatur in Frage.The object is achieved according to the invention in that the internal pressure of the barometer box at a given reference temperature equal to the setpoint of the pressure to be measured. The normal temperature is predominantly used as the reference temperature of 200C or an average operating temperature.

Für Druckmessungen, deren Ergebnis elektrisch ausgewertet werden soll, kommen Barometerdosen in Frage, bei denen Boden und Deckel aus metallischen oder zumindest auf der Innenseite metallisierten Platten bestehen,.bei denen mindestens eine der Platten elastisch und dem zu messenden Druck aussetzbar und durch diesen verformbar ist, bei denen die Wände elektrisch isolierend sind und die beiden Platten in sehr geringem Abstand parallel zueinander halten und bei denen an die beiden Platten elektrische Anschlüsse angebracht oder anbringbar sind, über die die elektrische Kapazität zwischen den Platten meßbar ist. Solche Barometerdosen sind, mit Vakuum als Innendruck, aus einem Artikel von W.G.Wolber unter dem Titel "Automotive Engine Control Sensors 80" aus SAE-Paper 800121 bekannt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 3 und 4 zu entnehmen.For pressure measurements, the result of which is to be evaluated electrically, Barometer boxes come into question, where the base and lid are made of metallic or Plates are metallized at least on the inside, where at least one of the plates is elastic and can be exposed to and through the pressure to be measured is deformable, in which the walls are electrically insulating and the two plates keep them parallel to each other at a very small distance and where the two Plates electrical connections are attached or attachable, through which the electrical Capacity between the plates is measurable. Such barometer boxes are, with vacuum as internal print, from an article by W.G.Wolber under the title "Automotive Engine Control sensors 80 ″ known from SAE paper 800121. Further advantageous Refinements The invention can be found in the dependent claims 3 and 4.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnung weiter erläutert. Die Zeichnung zeigt den Schnitt durch einen erfindungsgemäß aufgebauten Drucksensor.In the following the invention is based on an exemplary embodiment further explained with the aid of the accompanying drawing. The drawing shows the section through a pressure sensor constructed according to the invention.

Eine kreisförmige Keramikplatte 1 und eine Membran 2 befinden sich in einem sehr geringen Abstand einander gegenüber. Die Membran 2 ist eine sehr dünne Keramikscheibe (z.B. 0,25 mm) mit der gleichen Fläche wie die Keramikplatte 1. Eine ringförmige Glasverschmelzung 3 verbindet die Keramikplatte 1 und die Membran 2 in einer solchen Weise, daß zum einen der geforderte, sehr geringe Abstand eingehalten wird und zum andern der entstehende Hohlraum druckdicht nach außen abgeschlossen ist. Die Keramikplatte 1 und die Membran 2 tragen jeweils auf der dem Hohlraum zugewandten Seite eine Metallisierung 4. Die beiden Metallisierungen 4 bilden zusammen einen Kondensator, dessen Kapazität ein Maß für den Druck auf die Membran 2 ist.A circular ceramic plate 1 and a membrane 2 are located at a very short distance from each other. The membrane 2 is a very thin one Ceramic disc (e.g. 0.25 mm) with the same area as the ceramic plate 1. One annular glass fusion 3 connects the ceramic plate 1 and the membrane 2 in such a way that, on the one hand, the required, very small distance is maintained is and on the other hand the resulting cavity sealed pressure-tight to the outside is. The ceramic plate 1 and the membrane 2 each bear on the cavity facing Side a metallization 4. The two metallizations 4 together form one Capacitor, the capacity of which is a measure of the pressure on membrane 2.

An jede Metallisierung 4 ist ein elektrischer Anschluß 5 angebracht, der nach außen führt und so die Messung der Kapazität erlaubt. Die Metallisierungen 4 könnten auch, zumindest teilweise, nach außen fortgeführt sein, so daß dort die elektrischen Anschlüsse angebracht werden könnten.An electrical connection 5 is attached to each metallization 4, which leads to the outside and thus allows the capacitance to be measured. The metallizations 4 could also, at least partially, be continued to the outside, so that there the electrical connections could be attached.

Durch die Keramikplatte 1 führt eine Bohrung ins Innere, die als Füllstutzen 6 verwendet werden kann. Bei der Herstellung wird durch diesen Füllstutzen 6 der Hohlraum mit einem Gas gefüllt, dessen Druck so bemessen ist, daß bei einer Bezugstemperatur der Innendruck gleich dem Sollwert des zu messenden Drucks ist. Bezugstemperatur ist üblicherweise die Normaltemperatur von ZOOC. Der Füllstutzen 6 ist mit einer Glasfüllung 7 verschlossen.A hole leads through the ceramic plate 1 into the interior, which acts as a filler neck 6 can be used. During the production is through this filler neck 6 of the The cavity is filled with a gas, the pressure of which is such that at a reference temperature the internal pressure is equal to the nominal value of the pressure to be measured. Reference temperature is usually the normal temperature of ZOOC. The filler neck 6 is with a glass filling 7 closed.

Bringt man den Drucksensor in eine Umgebung, in der der Druck höher ist als der Innendruck des Drucksensors, so wird die Membran 2 eingedrückt, und zwar umso mehr, je höher der (Aunen-)Druck ist. Dies hat eine Erhöhung der Kapazität des Kondensators zur Folge. Dem obengenannten Artikel von W.G.Wolber ist zu entnehmen, daß dann, wenn der Innendruck gleich Null ist, die Kapazitätsänderung umgekehrt proportional zum Druck ist. Daraus folgt, daß für einen von Null verschiedenen Innendruck und eine Druckänderung, die klein ist im Verhältnis zum Innendruck, sich eine Kapazitätsänderung ergibt, die proportional zur Druckänderung ist. Die Messung der Kapazität liefert deshalb eine eindeutige und reproduzierbare Information über den Druck, wenn eine Eichkurve (im wesentlichen ein Eichfaktor) ermittelt ist. Hat der zu messende Druck seinen Sollwert, so ergibt sich bei Temperaturänderungen keine Kapazitätsänderung, also auch keine Anzeige einer Druckabweichung. Bei einer Temperaturänderung ändert sich nämlich der Innendruck genau so wie der (Außen-)Druck (dabei wird vorausgesetzt, daß das Gas im Innenraum die Temperatur der Umgebung annimmt).If you bring the pressure sensor into an environment in which the pressure is higher is than the internal pressure of the pressure sensor, the membrane 2 is depressed, and the higher the (aunen) pressure, the more so. This has an increase in capacity of the capacitor. The above article by W.G. Wolber shows that that when the internal pressure is zero, the change in capacitance is reversed is proportional to the pressure. It follows that for an internal pressure other than zero and a change in pressure that is small in relation to the internal pressure becomes a change in capacitance which is proportional to the change in pressure. The measurement of the capacitance provides therefore unambiguous and reproducible information about the pressure, if a Calibration curve (essentially a calibration factor) is determined. Has the pressure to be measured its setpoint, there is no change in capacitance when the temperature changes, no indication of a pressure deviation either. Changes when the temperature changes namely, the internal pressure is exactly the same as the (external) pressure (it is assumed that that the gas in the interior assumes the temperature of the environment).

Auch bei einem erfindungsgemäß aufgebauten Drucksensor ist die Anzeige nicht gänzlich von der Temperatur unabhängig. Beim Sollwert des Drucks wirkt sich aber eine Temperaturänderung, wie gezeigt, gar nicht aus. Auch in der Nähe des Sollwerts ergeben sich noch keine nennenswerten Abweichungen, selbst bei relativ großen Temperaturänderungen.The display is also in the case of a pressure sensor constructed according to the invention not entirely independent of temperature. The setpoint of the pressure has an effect but a change in temperature, as shown, does not mean at all. Also close to the set point there are still no noteworthy deviations, even with relatively large changes in temperature.

Weicht der (Außen-)Druck P2 bei einer Betriebstemperatur To um den Faktor K vom Innendruck P1 ab, ist also P2 (T ) = 0 = K-P1(To), so ergibt sich bei Temperaturänderungen ein Druckunterschied,der in guter Näherung der Beziehung gehorcht.If the (external) pressure P2 at an operating temperature To deviates from the internal pressure P1 by a factor of K, i.e. if P2 (T) = 0 = K-P1 (To), then with temperature changes there is a pressure difference that is a good approximation of the relationship obey.

Als Beispiel wird ein Autoreifen betrachtet, dessen Druck um 10% vom Solldruck abweicht und dessen Tempera-0 tur um 30 C von der Normaltemperatur abweicht. Bei diesen Bedingungen ergibt sich eine temperaturbedingte Abweichung der Anzeige von 1%, bei einem Solldruck von 2 bar also eine temperaturbedingte Abweichung der Anzeige um 0 0,02 bar. Selbst bei einer Temperaturerhöhung um 150 c, ein Wert, der in Autoreifen nur in Extremfällen erreicht wird, beträgt diese Abweichung erst etwa 0,1 bar. Solche Abweichungen, die an sich schon klein sind, können umso mehr vernachlässigt werden, als derartige Drucksensoren ohnehin in erster Linie nur dazu verwendet werden, festzustellen, ob und in welcher Richtung eine Abweichung vorliegt.As an example, consider a car tire with a pressure of 10% The target pressure deviates and its temperature deviates by 30 C from the normal temperature. Under these conditions, there is a temperature-related deviation in the display of 1%, i.e. a temperature-related deviation of the Display around 0.02 bar. Even with a temperature increase of 150 c, a value that is only achieved in extreme cases in car tires, this deviation is only about 0.1 bar. Such deviations, which are already small in themselves, can be neglected all the more as such pressure sensors are primarily only used to determine whether and in which direction there is a deviation.

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Claims

Claims II Pressure sensor designed as a barometer box for Measurement of the difference between a fixed, time-immutable Setpoint pressure and the actual pressure actually present e i c h -n e t that the internal pressure of the barometer box is the same at normal temperature is the setpoint of the pressure to be measured.

2. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the bottom and lid of the barometer box made of metallic or at least on the inside metallized plates exist that at least one of the plates is elastic and the to be measured pressure can be exposed and deformed by this that the walls of the Barometer box are electrically insulating and the two plates in very little Keep the distance parallel to each other and that electrical connections to the two plates attached or attachable, via which the electrical capacitance between the Plates is measurable.

3. Pressure sensor according to claim 2, characterized in that the plates are metallized ceramic plates.

4. Pressure sensor according to claim 2 or 3, characterized in that one of the plates has a filler neck.