DE4125467A1

DE4125467A1 - Sensor zur gleichzeitigen bestimmung der beschleunigung und des differenzdrucks

Info

Publication number: DE4125467A1
Application number: DE19914125467
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Ing Roth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-08-01
Filing date: 1991-08-01
Publication date: 1993-02-04

Description

Stand der Technik

Es sind Sensoren bekannt, mit denen der Differenzdruck zweier Medien bestimmt werden kann. Hier wird von einem Diaphragma ein Gehäuse in zwei Druckräume aufgeteilt, in denen jeweils ein Druck eingeleitet wird. Aufgrund der Auslenkung der Membran kann die Differenz zwi schen den beiden eingeleiteten Drücken bestimmt werden. Um eine nahezu fehlerfreie Druckerfassung zu ermöglichen, ist die Membran aber homogen ausgebildet. Ferner sind Beschleunigungssensoren be kannt, bei denen in einer Membran aus piezokeramischem Material eine seismische Masse eingehängt ist. Hierbei wird aber darauf geachtet, daß die Membran so in ihrer Halterung aufgehängt ist, daß außer der Beschleunigung keine sonstigen störenden Einflüsse auf die seis mische Masse einwirken können.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs l hat demgegenüber den Vorteil, daß mit einem einzigen Sensor sowohl die Beschleunigung als auch der Differenzdruck bestimmt werden kann. Dadurch sind für zwei unterschiedliche Meßaufgaben nur ein Sensor, eine Auswerteschaltung, ein Analog-Digital-Wandler und ein Mikro computer notwendig. Die Anzahl der benötigten Bauteile wird dadurch nahezu halbiert. Der Sensor ist besonders vorteilhaft bei den soge nannten on board-Diagnose-Systemen einsetzbar. Ist der Sensor in einem Fahrzeug senkrecht zur Fahrstrecke eingebaut, so kann in ein facher Weise ein Signal für die Laufunruhe des Motors von dem durch die jeweiligen Straßenverhältnisse entstehenden Schwingungen bewirk ten Signal unterschieden werden. Gleichzeitig kann mit dem gleichen Sensor ein Differenzdruck, beispielweise zur Diagnose des Tankent lüftungssystems oder des Abgasrückführungssystems gemessen werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 ange gebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Sensor, die Fig. 2 eine Einzelheit und die Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Meßsignalaufnahmesystem.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 ist mit 10 ein Sensor bezeichnet, der aus zwei be cherförmigen Gehäuseteilen 11 und 12 besteht. Zwischen diesen Gehäu seteilen 11, 12 ist eine Membran 13 eingespannt, so daß zwei Druck räume 14, 15 gebildet werden. Mit Hilfe je eines rohrförmigen An saugstutzens 16, 17 wird das Druckmittel in den entsprechenden Druckraum 14, 15 geführt. Auf der Membran 13 ist etwa zentrisch eine seismische Masse 18 befestigt. Die seismische Masse 18 kann dabei so angeordnet sein, daß ihre Masse etwa gleichmäßig auf die Ober- bzw. Unterseite der Membran 13 verteilt ist. Es ist aber auch jede andere Gestaltung der seismischen Masse möglich, wobei dadurch insbesondere eine bevorzugte Auslenkungsrichtung für die Funktion als Beschleuni gungssensor möglich ist. Ferner kann die durch das Gewicht der seis mischen Masse bewirkte Auslenkung der Membran 13 in Grundstellung des Sensors 10 in einer nicht dargestellten Auswerteschaltung ent sprechend kompensiert werden.

Zum Abgriff eines der Auslenkung der Membran 13 entsprechenden Meß signals sind auf der Membran 13 Widerstände 21 zum Beispiel Deh nungsmeßstreifen angeordnet, die wie in Fig. 2 näher dargestellt, in einer Wheatstone′schen Vollbrücken- (22) oder auch Halbbrücken schaltung verschaltet sind. Die Widerstände 21 können in Dick schicht- oder Dünnschichttechnik hergestellt sein. Von dieser Wheat stone′schen Brückenschaltung 22 wird das Meßsignal einer nicht dar gestellten Auswerteschaltung zugeführt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Auslenkung der Membran 13 und somit den Druck bzw. die Beschleunigung mit anderen herkömmlich bekannten Meßverfahren zu bestimmen. In der Fig. 3 ist hier beispielhaft die Meßsignaler zeugung mit Hilfe einer Membran 13a, die aus piezokeramischem Mate rial besteht, dargestellt. Wiederum ist die seismische Masse 18 in einem Loch 27 der Membran 13a angeordnet. Die Membran 13a weist an den beiden Stirnseiten eine leitfähige Schicht 24, zum Beispiel aus Aluminium auf. An einem Ende der Membran 13a, das über die beiden Gehäuseteile 11, 12 hinausragt, sind die elektrischen Kontakte 25, 26 angeordnet, mit deren Hilfe die elektrische Spannung U_M von der Schicht 24 der Membran 13a abgegriffen werden kann. Sind bereits die Gehäuseteile 11, 12 aus Metall hergestellt, so können diese bereits als Kontaktierung zur Schicht 24 der Membran 13a und somit zum Ab griff der Spannung U_M verwendet werden.

Bereits durch das Gewicht der seismischen Masse 18 ist die Membran 13, sowohl bei der Darstellung nach der Fig. 1 als auch bei der Darstellung nach der Fig. 3, in Ausgangsstellung des Sensors 10, das heißt wenn weder Druck noch Beschleunigung auf den Sensor 10 einwirken, durchgebogen. Das dadurch bewirkte Meßsignal wird in der angeschlossenen, nicht dargestellten Auswerteschaltung kompensiert. Wird nun über die beiden Stutzen 16, 17 Druckmittel in die beiden Druckräume 14, 15 geführt, so wird die Membran 13 zum Druckraum mit dem niedrigeren Druck hin ausgelenkt. Das dadurch erzeugte Meßsignal ist proportional zu der Differenz zwischen den beiden in den Druck räumen 14, 15 herrschenden Drücken. Das von der Druckdifferenz er zeugte Meßsignal entspricht einem gleichspannungsartigen Signal. Ist der Sensor 10 ferner so aufgehängt, daß Beschleunigungen senkrecht zur Masse 18 bzw. senkrecht zur Membran 13 einwirken können, so wird die Membran 13 durch die auf die Masse 18 einwirkende Beschleunigung ausgelenkt. Dieses Meßsignal entspricht einem Signal mit stochasti schen Schwingungen. Die Frequenz dieses Meßsignals ermöglicht einen Rückschluß auf die Art und auf die Größe der einwirkenden Beschleu nigung. Die Verwendung dieses Sensors ist insbesondere bei sogenann ten "on board-Diagnose-Systemen" (OBD II) möglich. Die eine Funktion des Sensors 10 dient dabei zur Überwachung der Tankentlüftung, das heißt in den einen Druckraum wird der Druck im Tank über dem Kraft stoff und in den anderen Druckraum wird der Druck der äußeren Umge bung eingeleitet. Ferner ist der Sensor 10 senkrecht zur Fahrstrecke des Fahrzeugs, in dem der Sensor 10 befestigt ist, aufgehängt. Da durch kann die Beschaffenheit der Oberfläche der Fahrstrecke erkannt werden. Bei OBD II-Systemen ist es notwendig, die Laufunruhe des Motors eines Kraftfahrzeugs, zum Beispiel durch Aussetzen der Zün dung, zu erkennen. Dazu wird die Dauer der einzelnen Arbeitstakte des Motors statistisch auf Gleichmäßigkeit überprüft. Bei schlechter Wegstrecke sind die Antriebsräder ungleichmäßig belastet, dadurch können zyklische Schwankungen in der Dauer der Arbeitstakte auftre ten, die dann nicht mehr von durch Aussetzter verursachten zykli schen Schwankungen unterschieden werden können. Es ist daher eine einfache Kontrollvorrichtung notwendig, die einen Rückschluß auf die Ursache, das heißt ob Laufunruhe oder Beschleunigung, ermöglicht. Hierzu wird in der Auswerteschaltung ein Sollwert vorgegeben, ab dem der an die Auswerteschaltung angeschlossene Mikrocomputer keine Mes sung der Laufruhe mehr vornimmt.

Claims

1. Sensor (10) zur gleichzeitigen Bestimmung der auf ein Fahrzeug einwirkenden Beschleunigung und zur Erfassung des Differenzdrucks zweier Medien, wobei im Innenraum des Sensorgehäuses (11, 12) eine Membran (13) angeordnet ist, die den Innenraum des Gehäuses (11, 12) in zwei jeweils mit einem Druck beaufschlagbare Druckkammern (14, 15) unterteilt, und wobei auf der Membran (13) eine seismische Masse (18) und ein Signalaufnahmesystem (21, 22) zur Erfassung der ein wirkenden Beschleunigung angeordnet ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seismi sche Masse (18) im Zentrum der Membran (13) angeordnet ist.

3. Sensor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (13) senkrecht zur Fahrstrecke des Fahrzeugs ausgerich tet ist.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalaufnahmesystem aus in einer Wheatstone′schen Brücken schaltung (22) angeordnete Dehnmeßstreifen (21) besteht.