DE4227893A1 - Differential pressure sensor e.g. for vehicle fuel tank - contains two semiconducting membranes with sensor elements on upper sides in common reference chamber, lower sides exposed to different pressures - Google Patents

Differential pressure sensor e.g. for vehicle fuel tank - contains two semiconducting membranes with sensor elements on upper sides in common reference chamber, lower sides exposed to different pressures

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DE4227893A1
DE4227893A1 DE19924227893 DE4227893A DE4227893A1 DE 4227893 A1 DE4227893 A1 DE 4227893A1 DE 19924227893 DE19924227893 DE 19924227893 DE 4227893 A DE4227893 A DE 4227893A DE 4227893 A1 DE4227893 A1 DE 4227893A1
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DE19924227893
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German (de)
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Martin Dipl Ing Mast
Andreas Dipl Ing Blumenstock
Klaus Hirschberger
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

The differential pressure sensor contains at least one semiconducting membrane (45) with at least one sensor element (50) formed on its upper side. The lower side of the membrane is exposed to one of the two pressures (p1) forming the differential pressure. A second membrane (46) with at least one sensor element on (51) its upper side is exposed on its lower side to the second pressure (p2). The sensor elements are connected so as to form a difference. The upper sides of the membranes are arranged in a common reference chamber (52). ADVANTAGE - Simple, suitable for use in aggressive and corrosive media.

Description

Stand der Technik State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Differenzdrucksensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. The invention is based on a differential pressure sensor according to the preamble of the main claim. Bei herkömmlichen Differenzdrucksensoren in Silicium-Technik wird eine Meßmembran an ihrer Ober- und Unter seite jeweils von einem Druck p1 bzw. p2 beaufschlagt. In conventional differential pressure sensors in silicon technology, a diaphragm is acted upon at its upper and lower side respectively of a pressure p1 or p2. Die Meßmem bran ist an ihrer Ober- oder Unterseite mit Sensorelementen ver sehen, beispielsweise miteinander verschalteten piezoresistiven Wi derständen, deren Widerstand sich aufgrund der Membrandehnung ändert. The Meßmem is bran see ver at their upper or lower side with sensor elements such as resistors, interconnected with each other piezoresistive Wi whose resistance changes due to the membrane expansion. Die Dehnung der Membran und damit die Änderung des Schaltungs widerstandes ist ein Maß für die Differenz der beiden Drücke p1 und p2, dh für den Differenzdruck p. The elongation of the membrane, and thus the change of the resistance circuit is a measure of the difference between the two pressures p1 and p2, that is to say for the pressure difference p. Ein derartiger Differenzdruck sensor ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 39 28 542. Such a differential pressure sensor, for example, known from DE-OS 39 28 542nd

Aus der US-PS 48 95 026 ist es weiterhin bekannt, die Meßgenauigkeit eines derartigen Sensors insbesondere bei kleinen Drücken und kleinen Druckdifferenzen zu erhöhen, indem zwei Meßmembranen benutzt werden. From US-PS 48 95 026 it is also known to increase the accuracy of such a sensor, in particular at low pressures and low differential pressures by using two measuring diaphragms are used. Dabei wird jeweils die Oberseite der einen Meßmembran und die Unterseite der anderen Meßmembran mit demselben Druck p1 bzw. p2 beaufschlagt. The top of a measuring diaphragm and the bottom side of the other diaphragm with the same pressure is applied p1 and p2 respectively.

Um derartige Drucksensoren unter anderem auch in einem aggressiven oder korrosiven Medium einzusetzen, ist es aus der DE-OS 37 03 685 bekannt, zwischen dem Medium und der diesem zugewandten Seite der Meßmembran eine widerstandsfähige Trennmembran anzuordnen und den Zwischenraum mit einem inkompresiblen Medium zu füllen. In order to use such pressure sensors, inter alia, in an aggressive or corrosive medium, it is known from DE-OS 37 03 685, to arrange a resistant separation membrane between the medium and this side facing the measuring diaphragm and to fill the space with an incompressible medium. Die andere Seite der Meßmembran wird bei der Nutzung des Drucksensors als Differenzdrucksensor herkömmlich beaufschlagt. The other side of the diaphragm is applied conventionally with the use of the pressure sensor as a differential pressure sensor.

Derartige Differenzdrucksensoren bauen sehr aufwendig und erreichen aufgrund der Einflüsse der Trennmembranen und des Zwischenmittels oftmals keine ausreichenden Genauigkeiten. Such differential pressure sensors build very complex and reach due to the influences of the separation membranes and the intermediate means often insufficient accuracy.

Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention

Der erfindungsgemäße Differenzdrucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er einfach aufgebaut ist und sich für den Einsatz in aggressiven und korrosiven Medien eignet. In contrast, the differential pressure sensor of the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it is simple and is suitable for use in aggressive and corrosive media. Ein derartiger Differenzdrucksensor läßt sich kostengünstig herstellen und zeichnet sich durch hohe Genauig keit aus. Such a differential pressure sensor can be produced inexpensively and is characterized by high ness Genauig out.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Further advantages and advantageous developments emerge from the dependent claims and the description.

Zeichnung drawing

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Two embodiments of the invention are explained in detail in the following description and drawings. Letztere zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des Diffe renzdrucksensors in vereinfachter Darstellung, in Fig. 2 eine Draufsicht auf eine geöffnete Anschlußplatte dieses Differenzdruck sensors. The latter shows in Fig. 1 is a longitudinal section through a first embodiment of the Diffe rence pressure sensor in a simplified view, in Fig. 2 is a plan view of an open connection plate of this differential pressure sensor. Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Ausfüh rungsbeispiel des Differenzdrucksensors in vereinfachter Darstellung. Fig. 3 shows a longitudinal section through a second example exporting approximately the differential pressure sensor in a simplified representation.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of Embodiments

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Differenzdrucksensor 10 be steht im wesentlichen aus einer zylinderförmigen Trägerplatte 11 , einem ebenfalls zylinderförmigen Sockel 12 mit einem darauf angeord neten Halbleiterelement 13 , einem Deckel 14 und einer Anschlußplatte 15 . The differential pressure sensor 10 be shown in Figs. 1 and 2 is substantially of a cylindrical support plate 11, a likewise cylindrical socket 12 with a subsequent angeord Neten semiconductor element 13, a cover 14 and a connecting plate 15.

Die ebenfalls zylinderförmige Anschlußplatte 15 hat an ihrer Unter seite zwei Anschlußstutzen 18 bzw. 19 , in denen Bohrungen 20 bzw. 21 angeordnet sind, die auch die Anschlußplatte 15 durchdringen. Which is also cylindrical connecting plate 15 has at its lower side, two connection pieces 18 and 19 in which bores are arranged 20 and 21 respectively, which penetrate the connecting plate 15 °. Der Anschlußstutzen 18 mit Bohrung 20 ist mit einem ersten Druckmedium verbunden, dessen Druck mit p1 bezeichnet ist. The connection piece 18 with bore 20 is connected to a first pressure medium whose pressure is denoted by p1. Der andere Anschluß stutzen 19 mit Bohrung 21 ist mit einem zweiten Druckmedium ver bunden, dessen Druck mit p2 bezeichnet ist. The other connection pipe 19 with bore 21 is at a second pressure medium ver connected, whose pressure is denoted by p2.

In die Oberseite 22 der Anschlußplatte 15 sind zwei halbringförmige Nuten 23 , 24 eingelassen, von denen die Nut 23 die Bohrung 20 und die Nut 24 die Bohrung 21 umfaßt. In the upper side 22 of the connection plate 15 has two semi-annular grooves 23, 24 are recessed, of which the groove 23, the bore 20 and the groove 24, the bore 21 comprises. Der Innendurchmesser der beiden Nuten 23 , 24 ist größer als der Durchmesser der Bohrungen 20 , 21 . The inner diameter of the two grooves 23, 24 is greater than the diameter of the bores 20, 21st Die Enden der Nuten 23 , 24 sind durch zwei parallele Langnuten 25 , 26 verbunden. The ends of the grooves 23, 24 are connected by two parallel long grooves 25, 26th In der Mitte zwischen den beiden Bohrungen 20 , 21 sind die beiden Langnuten 25 , 26 durch eine rechtwinklig zu diesen ver laufende Quernut 27 verbunden. In the middle between the two bores 20, 21 are the two long grooves 25, 26 connected by a right angle to these transverse groove running ver 27th Parallel zu den Langnuten 25 , 26 geht von den Bohrungen 20 bzw. 21 jeweils eine Verbindungsnut 28 bzw. 29 aus, die sich jeweils in Richtung auf die Quernut 27 erstrecken, ohne diese zu erreichen. Parallel to the long grooves 25, 26 is of the bores 20 and 21 respectively from a connecting groove 28 and 29 respectively, each extending in the direction of the transverse groove 27 without reaching it. Die Breite der Verbindungsnuten 28 , 29 ent spricht etwa dem Durchmesser der Bohrungen 20 , 21 . The width of the connecting grooves 28, 29 ent speaks about the diameter of the bores 20, 21st Die Verbindungs nuten 28 bzw. 29 gehen jeweils in eine flachere Anschlußnut 30 bzw. 31 über, die jeweils bis an die Quernut 27 reichen. The connecting grooves 28 and 29 go, respectively in a flatter connecting groove 30 and 31 respectively on which each extend as far as the transverse groove 27th

Auf die Oberseite 22 der Anschlußplatte 15 ist die Trägerplatte 11 aufgesetzt. The carrier plate 11 is placed on the top surface 22 of the connection plate 15 °. Diese hat an ihrer Unterseite 33 einen ringförmigen Steg 34 mit abgeflachten Seiten, der in den Abmessungen den Nuten 23 , 24 und den Langnuten 25 , 26 entspricht. This has at its lower side 33 an annular ridge 34 with flattened sides corresponding to the dimensions of the grooves 23, 24 and the long grooves 25, 26th Die abgeflachten Seiten des Steges 34 sind durch einen Quersteg 37 verbunden, der in seinen Ab messungen der Quernut 27 entspricht. The flattened sides of the web 34 are connected by a transverse web 37, which in its measurements from the transverse groove 27 corresponds. Die Trägerplatte 11 und die An schlußplatte 15 sind so zusammengesetzt und beispielsweise verklebt, daß der Steg 34 und der Quersteg 37 in die entsprechende Nuten 23 bis 27 ragen. The support plate 11 and the on-circuiting plate 15 are assembled and glued, for example, that the web 34 and the crossbar 37 project into the corresponding grooves 23 to 27. Durch diese Quasi-Nut- und Federverbindung ist eine lagerichtige, einfache und gut abzudichtende Verbindung zwischen Trägerplatte 11 und Anschlußplatte 15 möglich. By this quasi-tongue and groove connection a correct position, simple and well-sealed connection between the support plate 11 and terminal plate 15 is possible. Die beiden Druck medien mit den zu bestimmenden Drücken p1 bzw. p2 sind durch den Quersteg 37 bzw. die Quernut 27 voneinander getrennt. The two pressure media with the analyte pressures p1 and p2 are separated by the transverse web 37 and the transverse groove 27 from one another.

Von der Oberseite 38 der Trägerplatte 11 geht eine Bohrung 39 aus, die diese so durchdringt, daß sie den Quersteg 37 erreicht, ohne diesen zu durchdringen. From the top 38 of the support plate 11 has a bore going from 39, these so penetrates that it reaches the transverse web 37, without penetrating it. In diese Bohrung 39 ist der Sockel 12 einge setzt, dessen Durchmesser dem der Bohrung 39 entspricht und der aus der Trägerplatte 11 auf deren Oberseite 38 herausragt. In this bore 39 of the base 12 is turned sets whose diameter corresponds to that of the bore 39 and protrudes from the support plate 11 on the upper side 38th Der Sockel 12 schließt mit seiner Unterseite 40 bündig mit der Unterseite 33 der Trägerplatte 11 ab und liegt flächig auf dem Quer steg 37 auf. The base 12 closes with its underside 40 flush with the underside 33 of the support plate 11 and lies flat on the transverse web 37th

In Längsrichtung wird der Sockel 12 von zwei parallel verlaufenden Bohrungen 41 , 42 durchdrungen, von denen die Bohrung 41 im Bereich der Anschlußnut 30 und die Bohrung 42 im Bereich der Anschlußnut 31 mündet. In the longitudinal direction of the base 12 is of two parallel extending bores 41, penetrated 42, of which the bore 41 in the area of connecting groove 30 and the bore 42 opens in the region of the connecting groove 31st Durch eine geeignete Befestigung z. By a suitable fastener such. B. Löten oder Einglasen des Sockels in der Bohrung 39 und z. As soldering or vitrification of the base in the bore 39 and z. B. Kleben (oder eine andere an die Druckmedien angepaßte dichte und dauerhafte Verbindung) auf dem Quersteg 37 ist eine sichere Trennung der beiden Druckmedien (Drücke p1 und p2) gewährleistet. As gluing (or other adapted to the print media-tight and permanent connection) on the transverse web 37 is ensured (pressures p1 and p2) a safe separation of the two media. Auf die freie Stirnseite 43 des Sockels 12 ist das Halbleiterelement 13 - beispielweise ein Siliciumchip - aufgebracht, in dem zwei Membranen 45 , 46 ausgebildet sind. For example, a silicon chip - - the semiconductor element 13 is on the free end face 43 of the socket 12 is applied, are formed in the two membranes 45, 46th Diese Membranen 49 , 46 sind so angeordnet und ausgebildet, daß die Unter seite 47 der Membran 45 mit der Bohrung 41 und die Unterseite 48 der Meßmembran 46 entsprechend mit der Bohrung 42 zusammenwirkt. These membranes 49, 46 are arranged and configured such that the cooperating bottom side 47 of the diaphragm 45 with the bore 41 and the underside 48 of the diaphragm 46 in accordance with the bore 42nd Das Halbleiterelement 13 ist dazu so auf dem Sockel 12 angebracht, z. The semiconductor element 13 is mounted to on the base 12, for. B. durch anodisches Bonden, daß die Bohrungen 41 , 42 und die Unter seiten 47 bzw. 48 der Membranen 45 bzw. 46 keine Verbindung haben. For example, by anodic bonding in that the bores 41, 42 and the bottom sides 47 and 48 of the membranes 45 and 46 have no connection.

Auf der Oberseite 49 des Halbleiterelementes sind durch geeignete Verfahren (z. B. Diffusion, Ätzung) im Bereich der Membranen 45 bzw. 46 Sensorelemente 50 bzw. 51 ausgebildet. On the top surface 49 of the semiconductor element by means of suitable methods (for. Example, diffusion, etching) are formed in the region of the membranes 45 and 46 sensor elements 50 and 51, respectively. Diese Sensorelemente 50 , 51 sind beispielsweise an sich bekannte piezoresistive Widerstände bzw. Widerstandsschaltungen. These sensor elements 50, 51 are, for example, a known piezo-resistive resistances or resistance circuits. Diese sind so angeordnet, daß das Sen sorelement 50 mit der Membran 45 und das Sensorelement 51 mit der Membran 45 zusammenwirkt. These are arranged so that the Sen sorelement 50 with the membrane 45 and the sensor element 51 cooperates with the membrane 45th

Die beiden Sensorelemente 50 , 51 sind vorteilhafterweise so mitein ander verbunden, daß sie ein Ausgangssignal erzeugen, daß als Diffe renzsignal analog zur Druckdifferenz der Drücke p1, p2 ist. The two sensor elements 50, 51 are advantageously mitein other, in that they generate an output signal that is as Diffe rence signal analogous to the pressure difference between the pressures p1, p2.

Auf die Oberseite 38 der Trägerplatte 11 ist weiterhin ein hauben förmiger Deckel 14 aufgesetzt, der den Sockel 12 mit aufgebrachtem Halbleiterelement 13 umfaßt, ohne diese zu berühren, und der mit der Trägerplatte zusammen einen Referenzraum 52 ausbildet. On the top 38 of the support plate 11, a hood-shaped cover 14 is further attached comprising the base 12 with mounted semiconductor element 13, without touching them, and forms together with the supporting plate a reference room 52nd

Der Deckel 14 und die Trägerplatte sind so miteinander verbunden, daß der Referenzraum 52 hermetisch dicht abgeschlossen ist. The cover 14 and the support plate are joined together so that the reference chamber 52 is hermetically sealed. Dieser ist vorteilhafterweise evakuiert. This is advantageously evacuated.

Über die Bohrung 20 im Anschlußstutzen 18 , die Verbindungsnut 28 , die Anschlußnut 30 und die Bohrung 41 im Sockel 12 liegt an der Mem bran 45 der Druck p1 an. Via the bore 20 in the connecting piece 18, the communication groove 28, the connecting groove 30 and the bore 41 in the base 12 of the pressure p1 is applied to the Mem bran 45th Gleichzeitig liegt über die Bohrung 21 im Anschlußstutzen 19 , die Verbindungsnut 29 , die Anschlußnut 31 und die Bohrung 42 im Sockel 12 der Druck p2 an der Membran 46 an. Simultaneously, the connecting groove 31 and the bore 42 is through the bore 21 in the connecting piece 19, the communication groove 29 at the base 12 of the pressure p2 at the membrane 46th Die Trägerplatte 11 und die Anschlußplatte 15 sind - wie zuvor beschrie ben - so ausgebildet, daß zwischen den beiden Unterseiten 47 , 48 der beiden Membranen 45 , 46 und den druckführenden Leitungen keine Ver bindung besteht. The support plate 11 and the connection plate 15 are - as previously beschrie ben - designed so that there is no Ver bond between the two lower sides 47, 48 of the two diaphragms 45, 46 and the pressurized lines. Die Oberseite 13 des Halbleiterelementes 13 und da mit die Oberseiten der Membranen werden durch den Druck im Referenz raum 52 (Vakuum) beaufschlagt. The upper surface 13 of the semiconductor element 13, and as with the tops of the membranes are acted upon by the pressure in the reference chamber 52 (vacuum). Durch diese Druckbeaufschlagungen (p1, p2, Druck im Referenzraum 52 ) werden die Membranen ausgelenkt, so daß - auf an sich bekannte Weise - in den Sensorelementen 50 , 51 jeweils ein Signal erzeugt wird. By this pressurizations (p1, p2, pressure in the reference chamber 52) can be deflected, the membranes, so that - in known manner - in the sensor elements 50, 51 respectively, a signal is generated. Durch eine auf dem Halbleiterele ment 13 integrierte Schaltung wird aus den beiden Einzelsignalen der Sensorelemente 50 , 51 ein Differenzsignal erzeugt. By an element on the Halbleiterele 13 integrated circuit of the sensor elements 50, 51, a difference signal is generated from the two individual signals. Durch die Anord nung der Oberseite 49 des Halbleiterelementes 13 im Referenzraum 52 werden die Membranen 45 , 46 auf ihren Oberseiten gleich beauf schlagt. By Anord the top voltage 49 of the semiconductor element 13 in the reference chamber 52, the membranes 45, 46 strike on their upper sides equal beauf. Durch diesen Aufbau sind die Temperaturabhängigkeiten der beiden Sensorelemente nahezu gleich. With this structure, the temperature dependencies of the two sensor elements are nearly equal. Insbesondere heben sich druck unabhängige Temperatureinflüsse durch die Differenzbildung weit gehend auf. In particular, pressure-independent temperature effects cancel out largely by the difference. Die Temperatur-Kompensation des Sensors wird dadurch einfacher und kann in bestimmten Fällen entfallen. The temperature compensation of the sensor is simpler and can be omitted in certain cases.

Da der zu bestimmende Druck bzw. die zu bestimmenden Drücke an den unempfindlichen Unterseiten 47 , 48 der Membran anliegen, ist dieser Differenzdrucksensor auch für aggressive bzw. korrosive Medien ein setzbar. Since the pressure to be determined or to be determined pressures at the insensitive sub-pages 47, 48 of the membrane lie, this differential pressure sensor is a also settable for aggressive or corrosive media. Eine Trennmembran oder ein Trennmedium ist nicht nötig. A separation membrane or a separation medium is not necessary. Die empfindliche Oberseite 49 des Halbleiterelementes 13 mit den darauf ausgebildeten Sensorelementen 50 , 51 liegt geschützt im Referenzraum 52 (Vakuum). The sensitive upper side 49 of the semiconductor element 13 having formed thereon the sensor elements 50, 51 is protected in the reference chamber 52 (vacuum).

Um den Einfluß von Temperaturschwankungen gering zu halten und um Dichtungsprobleme zu vermeiden, sollte das Material des Sockels 12 annähernd den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben wie das Halbleiterelement 13 (Siliciumchip). In order to keep the influence of temperature variations low and to avoid sealing problems, the material of the base 12 should have approximately the same thermal expansion coefficient as the semiconductor element 13 (silicon chip).

Durch die Ausbildung der zwei Membranen 45 , 46 in einem Halbleiter bauelement 13 wird darüber hinaus ein sonst zusätzliches zweites Halbleiterbauelement eingespart. By making the two membranes 45, 46 in a semiconductor device 13 saves an otherwise additional second semiconductor device beyond. Darüber hinaus kann die schaltungs technische Verbindung der beiden Sensorelemente bereits bei der Sen sorelementherstellung erfolgen. In addition, the circuit technical connection of the two sensor elements can be sorelementherstellung already at the Sen. Eine nachträglich herzustellende Verbindung (Bonden) zwischen den beiden Sensorelementen ist nicht erforderlich. A subsequently produced compound (bonding) between the two sensor elements is not required.

Das in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des Diffe renzdrucksensors hat ein geschlossenes Gehäuse 60 , dessen Boden 61 von zwei Bohrungen 62 , 63 durchdrungen ist. The illustrated in Fig. 3 second embodiment of the Diffe rence pressure sensor has a closed housing 60, the bottom of which is penetrated by two holes 61 62, 63. In die Bohrung 62 ist ein Druckstutzen 64 eingesetzt, dessen Anschlußbohrung 65 zu einem ersten Druckmedium führt, dessen Druck mit p1 bezeichnet ist. In the hole 62 a discharge nozzle 64 is inserted, the connection bore 65 leads to a first pressure medium whose pressure is denoted by p1. In die Bohrung 63 ist ebenfalls ein Druckstutzen 66 eingesetzt, dessen An schlußbohrung 67 zu einem zweiten Druckmedium führt, dessen Druck mit p2 bezeichnet. A discharge nozzle 66 is also inserted, whose At 67 performs final bore to a second pressure medium, the pressure denoted by p2 in the hole 63rd Die Druckstutzen 64 , 66 gehen im Innenraum 69 des Gehäuses 60 jeweils in einen Sockel 70 , 71 über. The pressure port 64, 66 go in the interior 69 of the housing 60 respectively in a base 70, 71 on. Der Sockel 70 wird von einer Bohrung 72 durchdrungen, die mit der Anschlußbohrung 65 zusammenwirkt. The pedestal 70 is penetrated by a bore 72 which cooperates with the connecting bore 65th Der Sockel 71 wird ebenfalls von einer Bohrung 73 durchdrungen, die mit der Anschlußbohrung 67 zusammenwirkt. The base 71 is also penetrated by a bore 73 which cooperates with the connecting bore 67th

Auf die freien Stirnseiten 74 , 75 der Sockel 70 , 71 ist jeweils ein - an sich bekanntes - Halbleiterelement 76 , 77 (Siliciumchip) aufge setzt. Known per se - - semiconductor element 76, 77 (silicon chip) is placed in each case one is located on the free end faces 74, 75 of the base 70, 71st Jedes dieser Halbleiterelemente 76 , 77 hat eine Membran 78 , 79 , deren Unterseite 80 , 81 der Bohrung 72 bzw. 73 zugewandt ist. Each of these semiconductor elements 76, 77 has a membrane 78, 79, the underside 80, 81 of the bore 72 and 73 respectively facing. Die Oberseiten 82 , 83 der Halbleiterelemente 76 , 77 bzw. der Mem branen 78 , 79 sind jeweils mit einem Sensorelement 84 bzw. 85 versehen, z. The top sides 82, 83 of the semiconductor elements 76, 77 and the mem branes 78, 79 are each provided with a sensor element 84 or 85, z. B. einem piezoresistiven Widerstand oder einer Wider standsschaltung. B. BACKGROUND circuit a piezoresistive resistor or a counter.

Die beiden Sensorelemente 84 , 85 sind zur Differenzbildung der Drücke p1 und p2 miteinander verschaltet, z. The two sensor elements 84, 85 are connected to one another for forming the difference of the pressures p1 and p2, z. B. über eine Bondver bindung 86 . B. a Bondver bond 86th Über eine weitere Bondverbindung 87 ist das Halbleiter element 77 bzw. das Sensorelement 85 mit einer das Gehäuse 60 durch dringenden Signalleitung 88 verbunden. Via a further bonding connection 87, the semiconductor element 77 is or the sensor element 85, the housing 60 is connected to a penetrating signal line 88th

Auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel liegen die empfindlichen Oberseiten 82 , 83 der Halbleiterelemente 76 , 77 mit den Sensorele menten 84 , 85 in einem gemeinsamen (geschützten) Referenzraum, dem Innenraum 69 des Gehäuses 60 . Also in this second embodiment are the sensitive top sides 82, 83 of the semiconductor elements 76, 77 with the Sensorele elements 84, 85 (protected) in a common reference space, the interior space 69 of the housing 60th Dieser ist vorteilhafterweise - wie beim Ausführungsbeispiel zuvor - evakuiert. This is advantageously - evacuated - as in the embodiment previously. Die Druckbeaufschlagung der Membranen erfolgt an den gegen aggressive oder korrosive Druck medien unempfindlichen Unterseiten 80 , 81 der Membranen. The pressurization of the membranes takes place at the media against aggressive or corrosive pressure insensitive undersides 80, 81 of the membranes.

Die erfindungsgemäßen Differenzdrucksensoren eignen sich insbesonde re für den Einsatz bei aggressiven Druckmedien auf beiden Seiten (p1 und p2) z. The differential pressure sensors of the invention are insbesonde re for use with aggressive media on both sides (p1 and p2) z. B. für den Einsatz als Kraftstoff-Tank-Drucksensor (Kraft stoffbeständigkeit und Umweltbeständigkeit, z. B. gegen Feuchte, Salznebel etc.). For example, for use as a fuel tank pressure sensor (fuel resistance and environmental resistance, for. Example, against humidity, salt spray, etc.). Dabei entspricht der eine Druck p1 dem Druck im Kraftstofftank (Benzin-Luft-Gemisch) und der zweite Druck p2 dem Um gebungsdruck (Atmosphärendruck). In this case, a pressure corresponding to the p1 to the pressure in the fuel tank (fuel-air mixture) and the second pressure p2 the order gebungsdruck (atmospheric pressure).

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Referenzkammer 52 bzw. 69 nicht verschlossen, sondern kann über eine Öffnung mit Umgebungs druck bzw. Atmosphärendruck (P0) beaufschlagt werden. In a further embodiment, the reference chamber is not sealed 52 and 69, but can be printed via an orifice to ambient or atmospheric pressure (P0) to be applied. Der Druck p1 entspricht dabei weiterhin dem Druck im Kraftstofftank (Ben zin-Luft-Gemisch) und der zweite Druck p2 entspricht der Summe aus dem Druck der Flüssigkeitssäule des Kraftstoffes und dem Druck p1. The pressure p1 still corresponds to the pressure in the fuel tank (Ben zin-air mixture) and the second pressure P2 corresponds to the sum of the pressure of the liquid column of the fuel and the pressure p1. Der Druck p2 wird dazu am tiefsten Punkt oder einer anderen reprä sentativen Stelle des Kraftstofftankes bestimmt, so daß über diesen Druck p2 bei bekannter Geometrie des Kraftstofftankes eine Aussage über dessen Füllstand gemacht werden kann. The pressure p2 is intended at the lowest point or another point represen tative of the fuel tank, so that a statement about the level of which can be made about the pressure p2 at a known geometry of the fuel tank. Der Druck p2 ent spricht - wie bereits angeführt - der Summe der Drücke der Flüssig keitssäule und des Druckes p1. The pressure p2 speaks ent - as already mentioned - the sum of the pressures of the liquid keitssäule and pressure p1. Bildet man die Differenz p2-p1 kann der Druck der Flüssigkeitssäule unabhängig vom Druck p1 bestimmt werden. By forming the difference p2-p1 is the pressure of the liquid column can be determined independently of the pressure p1. Dadurch wird die Füllstandsmessung unabhängig von der Meereshöhe, von einem durch Ausgasen des Kraftstoffes verursachten Überdruck im Kraftstofftank bzw. von einem Unterdruck, der im Kraft stofftank durch Kondensation von Kraftstoffdampf bei Abkühlung ver ursacht wird. Thereby, the level measurement independent of the sea level from one caused by outgassing of the fuel pressure in the fuel tank or by a sub-pressure fuel tank ursacht ver in the motor by condensation of fuel vapor when cooled.

Gleichzeitig ist über die Differenzbildung p1-p0 eine Information über den Ausgasungszustand des im Kraftstofftank befindlichen Kraft stoffes möglich. At the same time about the difference p1-p0 information about the Ausgasungszustand of power in the fuel tank material possible. Damit ergibt sich eine Diagnosemöglichkeit für das Tankentlüftungssystem. This results in a diagnostic option for the tank venting system. Über die Differenz p1-p0 läßt sich der im Vergleich zum Atmosphärendruck im Kraftstofftank aufgebaute Druck bzw. Überdruck bestimmen. the built-up compared to the atmospheric pressure in the fuel tank pressure or positive pressure on the difference p1-p0 can be determined. Diese Druckbestimmung entspricht im wesentlichen einer Dichtheitsprüfung. This pressure determination corresponds substantially to a leak test.

Neben den zuvor beschriebenen Druckdifferenzen p2-p1 p1-p0 läßt sich auch die Druckdifferenz p2-p0 bestimmen. Aside from the aforementioned pressure differences p2-p1 p1-p0, the pressure difference p2-p0 can be determined.

Neben der Verschaltung der Sensorelemente zur Bildung des Differenz signals kann auf dem Halbleiterbauelement bzw. einem der Halbleiter bauelemente eine Signalauswerteschaltung integriert werden. In addition to the interconnection of the sensor elements for forming the differential signal, a signal evaluation circuit can be applied to the semiconductor device or devices one of the semiconductor to be integrated. Diese kann dann die Differenz der beiden Signale bilden, druckabhängige Temperaturabhängigkeiten von Empfindlichkeit und Signalnullpunkt kompensieren und das Differenzdrucksignal auf die Sollkennlinie des Ausgangssignals umwandeln. This may then form the difference of the two signals, compensate for pressure-dependent temperature dependencies of sensitivity and zero point signal and converting the differential pressure signal to the desired characteristic of the output signal.

Durch diese Möglichkeit der integrierten Signalauswerteschaltung auf dem Halbleiterelement wird ein Differenzdrucksensor geschaffen, der durch vereinfachten Aufbau kostengünstig herzustellen ist. This possibility of the integrated signal evaluation circuit on the semiconductor element, a differential pressure sensor is provided which is inexpensive to manufacture by a simplified structure. Die Ab gleichstabilität eines derartigen Differenzdrucksensors ist groß, wodurch auch die Anforderungen an ein Abgleichnetzwerk gering sind. The Ab equal stability of such a differential pressure sensor is large, whereby the requirements of a matching network are low. Der erfindungsgemäße Differenzdrucksensor zeichnet sich weiterhin durch eine große Signalstabilität aus, beim Einsatz in aggressiven oder korrosiven Medien entfällt der Einfluß von Trennmembranen. The differential pressure sensor of the invention is further characterized by a large signal stability, when used in aggressive or corrosive media, the effect of separation membranes is omitted.

Claims (11)

  1. 1. Differenzdrucksensor zur Bestimmung der Druckdifferenz zweier Drücke p1, p2 mit mindestens einer Halbleitermembran ( 45 , 46 ; 78 , 79 ), auf deren Oberseite ( 49 ; 82 , 83 ) mindestens ein Sensorelement ( 50 , 51 ; 84 , 85 ) ausgebildet ist und dessen Unterseite ( 47 , 48 ; 80 , 81 ) von einem der den Differenzdruck bildenden Drücke p1 beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Mem bran ( 46 , 79 ) mit mindestens einem Sensorelement ( 51 , 85 ) auf ihrer Oberseite durch den zweiten, den Differenzdruck bildenden Druck p2 auf ihrer Unterseite beaufschlagt wird, und daß die Sensorelemente zur Differenzbildung verschaltet sind. 1. Differential pressure sensor for determining the pressure difference between two pressures p1, p2 with at least one semiconductor diaphragm (45, 46; 78, 79), on the upper side (49; 82, 83) at least one sensor element (50, 51; 84, 85) is formed and the underside (47, 48; 80, 81) is acted upon by one of the differential pressure forming pressures p1, characterized in that a second Mem bran (46, 79) with at least one sensor element (51, 85) on its upper side by the second, the differential pressure-forming pressure is applied on its lower p2, and that the sensor elements are connected to the difference formation.
  2. 2. Differenzdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseiten ( 49 , 82 , 83 ) der Membranen ( 45 , 46 ; 80 , 81 ) in einer gemeinsamen Referenzkammer ( 52 , 69 ) angeordnet sind. 2. Differential pressure sensor according to claim 1, characterized in that the top sides (49, 82, 83) of the membranes (45, 46; 80, 81) in a common reference chamber (52, 69) are arranged.
  3. 3. Differenzdrucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Referenzkammer ( 52 ; 69 ) ein Vakuum erzeugt ist. 3. Differential pressure sensor according to claim 2, characterized in that in the reference chamber (52; 69) a vacuum is generated.
  4. 4. Differenzdrucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzkammer ( 52 ; 69 ) mit Atmosphärendruck (p0) beaufschlagt ist. 4. Differential pressure sensor according to claim 2, characterized in that the reference chamber (52; 69) is subjected to atmospheric pressure (p0).
  5. 5. Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Bestimmung des Differenzdruckes p2-p1 noch mindestens eine der beiden Druckdifferenzen p2 - Druck in der Referenzkammer ( 52 ; 69 ) bzw. p1 - Druck in der Referenzkammer ( 52 ; 69 ) bestimmt wird. 5. Differential pressure sensor according to one of claims 2 to 4, characterized in that in addition to determining the differential pressure p2-p1, at least one of the two pressure differences p2 - pressure in the reference chamber (52; 69) and p1 - pressure in the reference chamber (52 ; 69 is determined).
  6. 6. Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Halbleitermembranen ( 45 , 46 ) in einem gemeinsamen Halbleiterelement ( 13 ) ausgebildet sind. 6. differential pressure sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the two semiconductor diaphragms (45, 46) are formed in a common semiconductor element (13).
  7. 7. Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement ( 13 ) auf ein druckzufüh rendes Sockelelement ( 12 ) aufgesetzt ist, durch die die Unterseiten ( 47 , 48 ) der Membranen ( 45 , 46 ) unabhängig voneinander mit einem Druck p1 bzw. p2 beaufschlagt werden. 7. Differential pressure sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the semiconductor element (13) on a druckzufüh rendes base element (12) is fitted, through which the lower sides (47, 48) of the membranes (45, 46) independently of one another by a pressure p1 or p2 are applied.
  8. 8. Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Referenzkammer ( 69 ) zwei Druckanschlüsse ( 64 , 66 ) ragen, auf die jeweils ein mit einer Halbleitermembran ( 78 , 79 ) versehenes Halbleiterelement ( 76 , 77 ) aufgesetzt ist. Placed 8. differential pressure sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the reference chamber (69) has two pressure connections (64, 66) project, provided on each one with a semiconductor membrane (78, 79) semiconductor element (76, 77) is.
  9. 9. Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halbleiterelement ( 13 ) bzw. einem der Halbleiterelemente ( 76 , 77 ) eine Auswerteschaltung aufgebracht ist. 9. Differential pressure sensor according to one of claims 1 to 8, characterized in that on the semiconductor element (13) or one of the semiconductor elements (76, 77) an evaluation circuit is applied.
  10. 10. Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekenn zeichnet durch die Verwendung als Kraftstofftank-Druckgeber an einem Kraftfahrzeug. 10. Differential pressure sensor records according to one of claims 1 to 9, labeled in the use as a fuel tank pressure sensor to a motor vehicle.
  11. 11. Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekenn zeichnet durch die Verwendung als Kraftstofftank-Füllstandsgeber an einem Kraftfahrzeug. 11. Differential pressure sensor according to one of claims 1 to 10, characterized by use as fuel tank level sensor on a motor vehicle.
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