DE4227893A1

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

Info

Publication number: DE4227893A1
Application number: DE4227893A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Mast; Andreas Dipl Ing Blumenstock; Klaus Hirschberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1992-08-22
Publication date: 1993-04-22
Also published as: JPH05248979A

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

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Differenzdrucksensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei herkömmlichen Differenzdrucksensoren in Silicium-Technik wird eine Meßmembran an ihrer Ober- und Unter seite jeweils von einem Druck p1 bzw. p2 beaufschlagt. 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. Die Dehnung der Membran und damit die Änderung des Schaltungs widerstandes ist ein Maß für die Differenz der beiden Drücke p1 und p2, d. h. für den Differenzdruck p. Ein derartiger Differenzdruck sensor ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 39 28 542.The invention is based on a differential pressure sensor according to the Genus of the main claim. With conventional differential pressure sensors in silicon technology, a measuring membrane is on its upper and lower side each pressurized by a pressure p1 or p2. The Messmem bran is ver on its top or bottom with sensor elements see, for example interconnected piezoresistive Wi resistances whose resistance changes due to membrane expansion. The expansion of the membrane and thus the change in the circuit resistance is a measure of the difference between the two pressures p1 and p2, d. H. for the differential pressure p. Such a differential pressure sensor is known for example from DE-OS 39 28 542.

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. Dabei wird jeweils die Oberseite der einen Meßmembran und die Unterseite der anderen Meßmembran mit demselben Druck p1 bzw. p2 beaufschlagt. From US-PS 48 95 026 it is also known the measurement accuracy of such a sensor, especially at low pressures and to increase small pressure differences by using two measuring membranes will. The top of the one measuring membrane and the underside of the other measuring membrane with the same pressure p1 or p2 acted upon.

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. Die andere Seite der Meßmembran wird bei der Nutzung des Drucksensors als Differenzdrucksensor herkömmlich beaufschlagt.To such pressure sensors among other things also in an aggressive or use corrosive medium, it is from DE-OS 37 03 685 known between the medium and the side of the Measuring membrane to arrange a resistant separation membrane and the Fill the space with an incompressible medium. The other Side of the measuring membrane is used when using the pressure sensor Differential pressure sensor applied conventionally.

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

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. Ein derartiger Differenzdrucksensor läßt sich kostengünstig herstellen und zeichnet sich durch hohe Genauig keit aus.The differential pressure sensor according to the invention with the characteristic Features of the main claim has the advantage that he is simply constructed and is suitable for use in aggressive and corrosive media. Such a differential pressure sensor can produce themselves inexpensively and are characterized by high accuracy out.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.Further advantages and advantageous further developments result from the subclaims and the description.

drawing

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. 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. Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Ausfüh rungsbeispiel des Differenzdrucksensors in vereinfachter Darstellung. Two embodiments of the invention are explained in more detail in the following description and drawing. The latter shows in Fig. 1 a longitudinal section through a first embodiment of the differential pressure sensor in a simplified representation, in Fig. 2 is a plan view of an open connection plate of this differential pressure sensor. Fig. 3 shows a longitudinal section through a second example of the differential pressure sensor Ausfüh in a simplified representation.

Description of the 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 shown in FIGS. 1 and 2 be essentially consists 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. Der Anschlußstutzen 18 mit Bohrung 20 ist mit einem ersten Druckmedium verbunden, dessen Druck mit p1 bezeichnet ist. Der andere Anschluß stutzen 19 mit Bohrung 21 ist mit einem zweiten Druckmedium ver bunden, dessen Druck mit p2 bezeichnet ist.The likewise cylindrical connecting plate 15 has on its underside two connecting pieces 18 and 19 , in which holes 20 and 21 are arranged, which also penetrate the connecting plate 15 . The connecting piece 18 with bore 20 is connected to a first pressure medium, the pressure of which is designated p1. The other connecting piece 19 with bore 21 is connected to a second pressure medium, the pressure of which is designated 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. Der Innendurchmesser der beiden Nuten 23, 24 ist größer als der Durchmesser der Bohrungen 20, 21. Die Enden der Nuten 23, 24 sind durch zwei parallele Langnuten 25, 26 verbunden. 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. 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. Die Breite der Verbindungsnuten 28, 29 ent spricht etwa dem Durchmesser der Bohrungen 20, 21. Die Verbindungs nuten 28 bzw. 29 gehen jeweils in eine flachere Anschlußnut 30 bzw. 31 über, die jeweils bis an die Quernut 27 reichen. In the top 22 of the connecting plate 15 , two semi-annular grooves 23 , 24 are embedded, of which the groove 23 comprises the bore 20 and the groove 24, the bore 21 . The inside diameter of the two grooves 23 , 24 is larger than the diameter of the bores 20 , 21 . The ends of the grooves 23 , 24 are connected by two parallel long grooves 25 , 26 . In the middle between the two bores 20 , 21 , the two long grooves 25 , 26 are connected by a transverse groove 27 running at right angles thereto. Parallel to the long grooves 25 , 26 , a connecting groove 28 and 29 extends from the bores 20 and 21, respectively, which each extend in the direction of the transverse groove 27 without reaching it. The width of the connecting grooves 28 , 29 corresponds approximately to the diameter of the bores 20 , 21st The connecting grooves 28 and 29 each merge into a flatter connecting groove 30 and 31 , each of which extends to the transverse groove 27 .

Auf die Oberseite 22 der Anschlußplatte 15 ist die Trägerplatte 11 aufgesetzt. 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. Die abgeflachten Seiten des Steges 34 sind durch einen Quersteg 37 verbunden, der in seinen Ab messungen der Quernut 27 entspricht. 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. Durch diese Quasi-Nut- und Federverbindung ist eine lagerichtige, einfache und gut abzudichtende Verbindung zwischen Trägerplatte 11 und Anschlußplatte 15 möglich. Die beiden Druck medien mit den zu bestimmenden Drücken p1 bzw. p2 sind durch den Quersteg 37 bzw. die Quernut 27 voneinander getrennt.The carrier plate 11 is placed on the upper side 22 of the connecting plate 15 . This has on its underside 33 an annular web 34 with flattened sides, the dimensions of which correspond to the grooves 23 , 24 and the long grooves 25 , 26 . The flattened sides of the web 34 are connected by a cross bar 37 which corresponds in its dimensions from the transverse groove 27 . The support plate 11 and the circuit board 15 are assembled and glued, for example, that the web 34 and the cross bar 37 protrude into the corresponding grooves 23 to 27 . This quasi tongue and groove connection enables a correct, simple and well-sealed connection between the support plate 11 and the connection plate 15 . The two pressure media with the pressures p1 and p2 to be determined are separated from one another by the transverse web 37 and the transverse groove 27 .

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. 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. 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.A bore 39 extends from the top side 38 of the carrier plate 11 and penetrates it in such a way that it reaches the transverse web 37 without penetrating it. In this bore 39 , the base 12 is inserted, the diameter of which corresponds to that of the bore 39 and which protrudes from the carrier plate 11 on its top 38 . The base 12 closes with its underside 40 flush with the underside 33 of the carrier plate 11 and lies flat on the crosspiece 37 .

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. Durch eine geeignete Befestigung z. B. Löten oder Einglasen des Sockels in der Bohrung 39 und 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. Auf die freie Stirnseite 43 des Sockels 12 ist das Halbleiterelement 13 - beispielweise ein Siliciumchip - aufgebracht, in dem zwei Membranen 45, 46 ausgebildet sind. 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. Das Halbleiterelement 13 ist dazu so auf dem Sockel 12 angebracht, z. B. durch anodisches Bonden, daß die Bohrungen 41, 42 und die Unter seiten 47 bzw. 48 der Membranen 45 bzw. 46 keine Verbindung haben.In the longitudinal direction, the base 12 is penetrated by two parallel bores 41 , 42 , of which the bore 41 opens in the region of the connecting groove 30 and the bore 42 in the region of the connecting groove 31 . By a suitable attachment z. B. soldering or glazing the base in the bore 39 and z. B. gluing (or another adapted to the print media tight and permanent connection) on the crossbar 37 ensures a safe separation of the two print media (pressures p1 and p2). The semiconductor element 13 — for example a silicon chip — in which two membranes 45 , 46 are formed is applied to the free end face 43 of the base 12 . These membranes 49 , 46 are arranged and designed so that the underside 47 of the membrane 45 with the bore 41 and the underside 48 of the measuring membrane 46 cooperates accordingly with the bore 42 . The semiconductor element 13 is attached to the base 12 , for. B. by anodic bonding that the holes 41 , 42 and the lower 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. Diese Sensorelemente 50, 51 sind beispielsweise an sich bekannte piezoresistive Widerstände bzw. Widerstandsschaltungen. Diese sind so angeordnet, daß das Sen sorelement 50 mit der Membran 45 und das Sensorelement 51 mit der Membran 45 zusammenwirkt.Sensor elements 50 and 51 are formed on the top 49 of the semiconductor element by suitable methods (for example diffusion, etching) in the area of the membranes 45 and 46, respectively. These sensor elements 50 , 51 are, for example, known piezoresistive resistors or resistance circuits. These are arranged so that the sensor element 50 cooperates with the membrane 45 and the sensor element 51 with the membrane 45 .

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 connected to each other so that they generate an output signal that as a diffe rence signal is analogous to the pressure difference of 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 carrier plate 11 , a hood-shaped cover 14 is further placed, which includes the base 12 with the semiconductor element 13 applied without touching it, and which together with the carrier plate forms a reference space 52 .

Der Deckel 14 und die Trägerplatte sind so miteinander verbunden, daß der Referenzraum 52 hermetisch dicht abgeschlossen ist. Dieser ist vorteilhafterweise evakuiert.The cover 14 and the carrier plate are connected to one another in such a way that the reference space 52 is hermetically sealed. 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. 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. 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. Die Oberseite 13 des Halbleiterelementes 13 und da mit die Oberseiten der Membranen werden durch den Druck im Referenz raum 52 (Vakuum) beaufschlagt. 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. Durch eine auf dem Halbleiterele ment 13 integrierte Schaltung wird aus den beiden Einzelsignalen der Sensorelemente 50, 51 ein Differenzsignal erzeugt. Durch die Anord nung der Oberseite 49 des Halbleiterelementes 13 im Referenzraum 52 werden die Membranen 45, 46 auf ihren Oberseiten gleich beauf schlagt. Durch diesen Aufbau sind die Temperaturabhängigkeiten der beiden Sensorelemente nahezu gleich. Insbesondere heben sich druck unabhängige Temperatureinflüsse durch die Differenzbildung weit gehend auf. Die Temperatur-Kompensation des Sensors wird dadurch einfacher und kann in bestimmten Fällen entfallen.Via the bore 20 in the connecting piece 18 , the connecting groove 28 , the connecting groove 30 and the bore 41 in the base 12 , the pressure p1 is applied to the membrane 45 . At the same time, the pressure p2 is applied to the membrane 46 via the bore 21 in the connecting piece 19 , the connecting groove 29 , the connecting groove 31 and the bore 42 in the base 12 . The carrier plate 11 and the connecting plate 15 are - as described previously ben - designed so that there is no connection between the two undersides 47 , 48 of the two membranes 45 , 46 and the pressure-carrying lines. The top 13 of the semiconductor element 13 and since with the tops of the membranes are acted upon by the pressure in the reference space 52 (vacuum). The diaphragms are deflected by these pressurizations (p1, p2, pressure in the reference space 52 ), so that a signal is generated in the sensor elements 50 , 51 in a manner known per se. By means of a circuit integrated on the semiconductor element 13 , a difference signal is generated from the two individual signals of the sensor elements 50 , 51 . By arranging the upper side 49 of the semiconductor element 13 in the reference space 52 , the membranes 45 , 46 are impinged on their upper sides. This construction means that the temperature dependencies of the two sensor elements are almost the same. In particular, pressure-independent temperature influences largely cancel each other out by forming the difference. This makes temperature compensation of the sensor easier 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. Eine Trennmembran oder ein Trennmedium ist nicht nötig. Die empfindliche Oberseite 49 des Halbleiterelementes 13 mit den darauf ausgebildeten Sensorelementen 50, 51 liegt geschützt im Referenzraum 52 (Vakuum). Since the pressure to be determined or the pressures to be determined are applied to the insensitive undersides 47 , 48 of the membrane, this differential pressure sensor can also be used for aggressive or corrosive media. A separation membrane or a separation medium is not necessary. The sensitive upper side 49 of the semiconductor element 13 with the sensor elements 50 , 51 formed thereon is protected in the reference space 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 fluctuations 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. Darüber hinaus kann die schaltungs technische Verbindung der beiden Sensorelemente bereits bei der Sen sorelementherstellung erfolgen. Eine nachträglich herzustellende Verbindung (Bonden) zwischen den beiden Sensorelementen ist nicht erforderlich.The formation of the two membranes 45 , 46 in a semiconductor device 13 also saves an otherwise additional second semiconductor device. In addition, the circuitry connection of the two sensor elements can already take place during sensor element production. A subsequent connection (bonding) between the two sensor elements is not necessary.

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. In die Bohrung 62 ist ein Druckstutzen 64 eingesetzt, dessen Anschlußbohrung 65 zu einem ersten Druckmedium führt, dessen Druck mit p1 bezeichnet ist. In die Bohrung 63 ist ebenfalls ein Druckstutzen 66 eingesetzt, dessen An schlußbohrung 67 zu einem zweiten Druckmedium führt, dessen Druck mit p2 bezeichnet. Die Druckstutzen 64, 66 gehen im Innenraum 69 des Gehäuses 60 jeweils in einen Sockel 70, 71 über. Der Sockel 70 wird von einer Bohrung 72 durchdrungen, die mit der Anschlußbohrung 65 zusammenwirkt. Der Sockel 71 wird ebenfalls von einer Bohrung 73 durchdrungen, die mit der Anschlußbohrung 67 zusammenwirkt.The second embodiment of the differential pressure sensor shown in FIG. 3 has a closed housing 60 , the bottom 61 of which is penetrated by two bores 62 , 63 . A pressure port 64 is inserted into the bore 62 , the connection bore 65 leading to a first pressure medium, the pressure of which is designated p1. In the bore 63 , a pressure port 66 is also inserted, the connection bore 67 leads to a second pressure medium, the pressure designated by p2. The pressure ports 64 , 66 merge into a base 70 , 71 in the interior 69 of the housing 60 . The base 70 is penetrated by a bore 72 which interacts with the connection bore 65 . The base 71 is also penetrated by a bore 73 which interacts with the connection bore 67 .

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

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

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. Dieser ist vorteilhafterweise - wie beim Ausführungsbeispiel zuvor - evakuiert. Die Druckbeaufschlagung der Membranen erfolgt an den gegen aggressive oder korrosive Druck medien unempfindlichen Unterseiten 80, 81 der Membranen.In this second exemplary embodiment too, the sensitive upper sides 82 , 83 of the semiconductor elements 76 , 77 with the sensor elements 84 , 85 are located in a common (protected) reference space, the interior 69 of the housing 60 . As in the previous embodiment, this is advantageously evacuated. The membranes are pressurized on the undersides 80 , 81 of the membranes, which are insensitive to aggressive or corrosive pressure media.

Die erfindungsgemäßen Differenzdrucksensoren eignen sich insbesonde re für den Einsatz bei aggressiven Druckmedien auf beiden Seiten (p1 und p2) z. B. für den Einsatz als Kraftstoff-Tank-Drucksensor (Kraft stoffbeständigkeit und Umweltbeständigkeit, z. B. gegen Feuchte, Salznebel etc.). Dabei entspricht der eine Druck p1 dem Druck im Kraftstofftank (Benzin-Luft-Gemisch) und der zweite Druck p2 dem Um gebungsdruck (Atmosphärendruck).The differential pressure sensors according to the invention are particularly suitable right for use with aggressive print media on both sides (p1 and p2) z. B. for use as a fuel tank pressure sensor (force fabric resistance and environmental resistance, e.g. B. against moisture, Salt spray etc.). One pressure p1 corresponds to the pressure in Fuel tank (gasoline-air mixture) and the second pressure p2 the order pressure (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. 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. 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. Der Druck p2 ent spricht - wie bereits angeführt - der Summe der Drücke der Flüssig keitssäule und des Druckes p1. Bildet man die Differenz p2-p1 kann der Druck der Flüssigkeitssäule unabhängig vom Druck p1 bestimmt werden. 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.In a further exemplary embodiment, the reference chamber 52 or 69 is not closed, but rather can be subjected to ambient pressure or atmospheric pressure (P0) via an opening. The pressure p1 further corresponds to the pressure in the fuel tank (gasoline-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. The pressure p2 is determined at the lowest point or another representative point of the fuel tank, so that a statement about its level can be made about this pressure p2 with known geometry of the fuel tank. The pressure p2 corresponds - as already mentioned - to the sum of the pressures of the liquid column and the pressure p1. If the difference p2-p1 is formed, the pressure of the liquid column can be determined independently of the pressure p1. As a result, the level measurement is independent of the sea level, of an overpressure in the fuel tank caused by outgassing of the fuel or of a vacuum which is caused in the fuel tank by condensation of fuel vapor when cooling.

Gleichzeitig ist über die Differenzbildung p1-p0 eine Information über den Ausgasungszustand des im Kraftstofftank befindlichen Kraft stoffes möglich. Damit ergibt sich eine Diagnosemöglichkeit für das Tankentlüftungssystem. Über die Differenz p1-p0 läßt sich der im Vergleich zum Atmosphärendruck im Kraftstofftank aufgebaute Druck bzw. Überdruck bestimmen. Diese Druckbestimmung entspricht im wesentlichen einer Dichtheitsprüfung.At the same time there is information about the difference p1-p0 about the outgassing state of the power in the fuel tank possible. This provides a diagnostic option for the Tank ventilation system. The difference p1-p0 can be used in Comparison to the pressure built up in the fuel tank or determine overpressure. This pressure determination corresponds to essential of a leak test.

Neben den zuvor beschriebenen Druckdifferenzen p2-p1 p1-p0 läßt sich auch die Druckdifferenz p2-p0 bestimmen.In addition to the pressure differences p2-p1 p1-p0 described above, also determine the pressure difference p2-p0.

Neben der Verschaltung der Sensorelemente zur Bildung des Differenz signals kann auf dem Halbleiterbauelement bzw. einem der Halbleiter bauelemente eine Signalauswerteschaltung integriert werden. 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. In addition to the interconnection of the sensor elements to form the difference signals can on the semiconductor device or one of the semiconductors components, a signal evaluation circuit can be integrated. These can then form the difference between the two signals, pressure-dependent Temperature dependencies of sensitivity and signal zero compensate and the differential pressure signal to the target characteristic of Convert output signal.

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

Claims

1. Differential pressure sensor for determining the pressure difference between two pressures p1, p2 with at least one semiconductor membrane ( 45 , 46 ; 78 , 79 ), on the top ( 49 ; 82 , 83 ) of which at least one sensor element ( 50 , 51 ; 84 , 85 ) is formed and its underside ( 47 , 48 ; 80 , 81 ) is acted upon by one of the pressures p1 forming the differential pressure, characterized in that a second membrane ( 46 , 79 ) with at least one sensor element ( 51 , 85 ) on its upper side through the second, the differential pressure forming pressure p2 is applied on its underside, and that the sensor elements are connected to form the difference.

2. Differential pressure sensor according to claim 1, characterized in that the upper sides ( 49 , 82 , 83 ) of the membranes ( 45 , 46 ; 80 , 81 ) are arranged in a common reference chamber ( 52 , 69 ).

3. Differential pressure sensor according to claim 2, characterized in that a vacuum is generated in the reference chamber ( 52 ; 69 ).

4. Differential pressure sensor according to claim 2, characterized in that the reference chamber ( 52 ; 69 ) with atmospheric pressure (p0) is applied.

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 ) or p1 - pressure in the reference chamber ( 52 ; 69 ) is determined.

6. Differential pressure sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the two semiconductor membranes ( 45 , 46 ) are formed in a common semiconductor element ( 13 ).

7. Differential pressure sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the semiconductor element ( 13 ) is placed on a pressure-supplying base element ( 12 ) through which the undersides ( 47 , 48 ) of the membranes ( 45 , 46 ) independently of one another a pressure p1 or p2 can be applied.

8. Differential pressure sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that two pressure connections ( 64 , 66 ) protrude into the reference chamber ( 69 ), onto each of which a semiconductor element ( 76 , 77 ) provided with a semiconductor membrane ( 78 , 79 ) is placed is.

9. Differential pressure sensor according to one of claims 1 to 8, characterized in that an evaluation circuit is applied to the semiconductor element ( 13 ) or one of the semiconductor elements ( 76 , 77 ).

10. Differential pressure sensor according to one of claims 1 to 9, characterized characterized by its use as a fuel tank pressure transmitter on one Motor vehicle.

11. Differential pressure sensor according to one of claims 1 to 10, characterized characterized by its use as a fuel tank level sensor a motor vehicle.