KR20160106745A - 양면형 용량성 감지 엘리먼트를 사용하는 듀얼 출력을 갖는 차동 압력 센서 - Google Patents

양면형 용량성 감지 엘리먼트를 사용하는 듀얼 출력을 갖는 차동 압력 센서 Download PDF

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윌리엄 디. 콘웰
마크 엘. 어반
마르코스 에이. 나사르
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센사타 테크놀로지스, 인크
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Abstract

본 발명의 실시예의 차동 용량성 압력 센서는, 단일 기판의 대향 면들 상에 포지셔닝되는 제 1 및 제 2 다이어프램들을 갖는다. 압력 트랜스듀서의 각각의 다이어프램은 과도적 유체에 노출되도록 구성되며, 제 1 및 제 2 압력 트랜스듀서들은, 그들의 개별적인 편향 표면들이 서로에 대해 외향으로 지향되게 배열된다. 차동 용량성 압력 센서는, 과도적 유체들의 차동 및 공통 모드 압력의 표시들을 출력하도록 구성될 수 있으며, 여기서, 공통 모드의 표시는 차동 압력의 표시를 생성할 시에 소거된다. 과도적 유체들은, 유동 경로 내의 상이한 위치들에서의 동일한 유체일 수 있다. 다이어프램들은, 부식성 또는 가성 유체들에 대한 노출을 견디는 것이 가능한 세라믹 물질로 구성될 수 있다.

Description

양면형 용량성 감지 엘리먼트를 사용하는 듀얼 출력을 갖는 차동 압력 센서{DIFFERENTIAL PRESSURE SENSOR WITH DUAL OUTPUT USING A DOUBLE-SIDED CAPACITIVE SENSING ELEMENT}
관련 출원들에 대한 상호-참조
[0001] 본 출원은, "Differential Pressure Sensor with Dual Output Using a Double-Sided Capacitive Sensing Element"라는 명칭으로 2014년 1월 17일자로 출원된 미국 특허 출원 제 14/158,213호를 우선권으로 주장하며, 상기 미국 특허 출원은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 용량성 압력 트랜스듀서(capacitive pressure transducer)는, 이를테면 유체(fluid)에 의해 자신의 다이어프램(diaphragm)에 적용되는 압력에서의 변화들을 대응하는 커패시턴스 변화들로 변환하여 압력 측정들을 가능하게 한다. 다이어프램의 뒤에는, 다이어프램에 대해 적용되는 압력으로 인한 스트레인(strain)을 검출하기 위한 가변 커패시터를 구성하는 평행 오프셋 전도성 플레이트(parallel offset conductive plate)들을 갖는 압력 캐비티(cavity)가 있으며, 여기서, 평행 오프셋 전도성 플레이트들 중 하나는 다이어프램에 관해 고정된 포지션에 있고, 다른 하나는 다이어프램에 부착(affix)된다.
[0003] 통상적인 압력 센서들은 2개의 주요 부분들을 포함하는데, 즉, (i) 압력 변화들에 의해 영향을 받는, 용량성 압력 트랜스듀서와 같은 엘리먼트, 및 (ii) 변조된 전기 신호를 용량성 압력 트랜스듀서에 제공하고 그리고 용량성 압력 트랜스듀서에 의해 전달(imaprt)되는 변조된 신호 상에서의 효과들을 압력 변화들의 함수로써 검출하기 위한 전자기기를 포함한다.
[0004] 통상적인 용량성 압력 트랜스듀서들은, 하나의 평행 오프셋 전도성 플레이트가 연결(attach)되는 금속, 세라믹, 또는 실리콘 다이어프램을 사용한다. 다른 플레이트는 압력 변화들에 둔간함 기판에 연결된다. 압력 변화들은 다이어프램에서의 굴곡(flexion)을 유발하며, 이는, 평행 오프셋 전도성 플레이트들 사이의 거리를 변경함으로써 커패시턴스에서의 측정가능한 변화를 야기한다. 이러한 변화는, 선형일 수 있거나 또는 선형이 아닐 수 있으며, 통상적으로는, 5-100 피코패럿(pF)의 총 커패시턴스로부터 몇(a few) 피코패럿을 초과하여 벗어나지는 않는다. 커패시턴스에서의 이러한 변화는, 오실레이터의 주파수를 제어하거나 또는 AC 신호의 커플링을 변경하는데 사용될 수 있다. 신호 컨디셔닝(conditioning)을 위한 전자기기는 보통, 트랜스듀싱(transducing) 엘리먼트들에 가깝게 로케이팅됨으로써 부유(stray) 커패시턴스로 인한 에러들을 방지한다.
[0005] 본 발명의 예시적인 실시예는, 제 1 편향(deflection) 표면을 갖는 제 1 압력 트랜스듀서 ― 제 1 압력 트랜스듀서는 제 1 기판에 통합될 수 있음 ―, 및 제 2 편향 표면을 갖는 제 2 압력 트랜스듀서 ― 제 2 압력 트랜스듀서는 제 2 기판에 통합될 수 있음 ― 를 갖는 차동(differential) 압력 트랜스듀서이다. 제 1 압력 트랜스듀서는 제 1 과도적(transient) 유체에 노출되도록 구성되고, 제 2 압력 트랜스듀서는 제 2 과도적 유체에 노출되도록 구성된다. 제 1 및 제 2 압력 트랜스듀서들은, 개별적인 편향 표면들이 서로로부터 외향으로 지향되게 배열되고, 그리고 편향 표면들이 함께 관측되는 경우, 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 차동 압력 측정의 표시를 생성할 시, 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 압력들의 공통 모드(common mode)의 표시를 소거(cancel)하는 것을 가능하게 하는 거리 내에 배열된다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 기판들은, 백-투-백 어레인지먼트(back-to-back arrangement)로 직접적으로 함께 부착되거나 또는 제 3 기판 또는 구조와 같은 개재(intermediate) 매체에 부착된다.
[0006] 본 발명의 예시적인 실시예에서, 차동 압력 센서의 제 1 및 제 2 기판들은, 공통 기판의 대향 볼륨(opposing volume)들이다.
[0007] 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 압력 트랜스듀서들은, 그들의 개별적인 편향 표면들이 편향 표면들에 관한 공통 수직 축을 따라 서로 외향으로 대면(facing)하게 배열된다.
[0008] 제 1 및 제 2 과도적 유체들은, 유동 경로(flow path) 내의 상이한 위치들에서의 동일한 유체일 수 있다. 다이어프램은, 부식성(corrosive) 또는 가성(caustic) 유체들에 대한 노출을 견디는 것이 가능한 세라믹 다이어프램일 수 있다.
[0009] 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 편향 표면들은, 개별적인 제 1 및 제 2 다이어프램들의 표면들이고, 제 1 및 제 2 다이어프램들은, 제 1 및 제 2 다이어프램들의 내부 표면과 개별적인 기판들 사이에 갭(gap)을 포지셔닝하도록 구성되는 개별적인 스페이서(spacer)들로 개별적인 기판들로부터 오프셋되어 포지셔닝된다. 스페이서들은 유리로 구성될 수 있다.
[0010] 또 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 압력 트랜스듀서들 각각은, 다이어프램, 평행하게 배열되는 제 1 및 제 2 전도성 플레이트 전극들, 및 개별적인 전도성 플레이트 전극들과 전기 통신하는 제 1 및 제 2 전극 리드(lead)들을 포함한다. 제 1 전도성 플레이트 전극들은 개별적인 다이어프램들의 내부 표면 상에 포지셔닝되고, 제 2 전도성 플레이트 전극들은 개별적인 기판들 상에 포지셔닝된다. 제 1 및 제 2 전도성 플레이트 전극들은, 개별적인 대향하는 전도성 플레이트 전극들 사이의 갭 거리만큼 오프셋된다. 갭 거리들은, 개별적인 과도적 유체들에 의해 개별적인 다이어프램에 적용되는 압력에서의 대응하는 변화들에 기초하여 변한다. 갭 거리에서의 변화들은, 개별적인 제 1 및 제 2 플레이트들의 커패시턴스에서의 연관된 변화들을 야기한다.
[0011] 다이어프램들은 세라믹 다이어프램들일 수 있다.
[0012] 본 발명의 다른 예시적인 실시예는 압력을 트랜스듀싱하는 방법이고, 상기 방법은, 제 1 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 제 1 편향 표면과 연관된 제 1 커패시턴스를 변경하는 단계, 제 2 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 제 2 편향 표면과 연관된 제 2 커패시턴스를 변경하는 단계, 및 제 1 및 제 2 커패시턴스들의 변화들을 결합시키는 단계를 포함하며, 제 1 및 제 2 커패시턴스들의 변화들을 결합시키는 단계는, 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 차동 압력 측정의 표시를 생성할 시, 제 1 및 제 2 편향 표면들 상의 제 1 및 제 2 과도적 유체들에 의해 전달되는 공통 모드 압력의 표시를 소거하는 단계를 포함한다.
[0013] 일 실시예에서, 제 1 커패시턴스를 변경하는 단계 및 제 2 커패시턴스를 변경하는 단계는, 공통 기판의 대향 면(side)들 상에서 수행된다.
[0014] 다른 실시예에서, 제 1 커패시턴스를 변경하는 단계 및 제 2 커패시턴스를 변경하는 단계는, 편향 표면들에 관한 공통 수직 축을 따라 발생한다.
[0015] 또 다른 실시예에서, 개별적인 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 제 1 커패시턴스를 변경하는 단계는, 그들의 개별적인 기판들로부터 떨어진 제 1 및 제 2 다이어프램들의 간격을 스페이서들로 유지하는 단계 ― 스페이서들은, 제 1 및 제 2 다이어프램들의 내부 표면과 개별적인 기판들 사이의 갭 거리를 정의함 ―, 및 개별적인 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 갭 거리를 변경하는 단계를 포함한다. 스페이서들은 유리 스페이서들일 수 있다.
[0016] 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 다이어프램들 사이의 간격을 유지하는 단계는 추가로, 다이어프램들의 내부 표면들 및 그들의 개별적인 기판들과 연관된 전도성 플레이트 전극들 간의 간격을 유지하는 단계를 더 포함한다. 전도성 플레이트 전극들은, 제 1 및 제 2 커패시턴스를 갖는 제 1 및 제 2 커패시터들을 형성한다.
[0017] 일 실시예에서, 개별적인 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 갭 거리를 변경하는 단계는, 개별적인 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 제 1 및 제 2 커패시턴스를 변경하는 단계를 포함한다.
[0018] 본 발명의 예시적인 실시예는 2개의 과도적 유체들에서 압력을 측정하는 방법이고, 상기 방법은, 제 1 다이어프램의 편향을 제 1 다이어프램과 연관된 제 1 커패시턴스로 트랜스듀싱하는 단계, 제 2 다이어프램의 편향을 제 2 다이어프램과 연관된 제 2 커패시턴스로 트랜스듀싱하는 단계, 제 1 및 제 2 커패시턴스들에서의 변화들을 측정하는 단계, 생성 시에, 개별적인 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 공통 모드의 표시를 소거하는 단계, 및 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 차동 압력 측정의 전기적 신호 표시를 출력하는 단계를 포함한다. 제 1 다이어프램은 제 1 과도적 유체의 압력에서의 변화들에 대한 응답으로 편향되고, 제 2 다이어프램은 제 2 과도적 유체의 압력에서의 변화들에 대한 응답으로 편향된다.
[0019] 본 발명의 다른 예시적인 실시예는 차동 압력 센서이고, 상기 차동 압력 센서는, 제 1 과도적 유체와의 압력 소통(pressure communication)하게 노출되도록 구성가능한 제 1 용량성 압력 트랜스듀서, 제 2 과도적 유체와의 압력 소통하게 노출되도록 구성가능한 제 2 용량성 압력 트랜스듀서, 및 개별적인 과도적 유체들의 압력들에서의 변화들에 대한 응답으로, 제 1 및 제 2 용량성 압력 트랜스듀서들의 커패시턴스들에서의 변화들을 측정하도록 구성되는 전자 회로를 포함하며, 전자 회로는, 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 차동 압력 측정의 표시를 출력하도록 구성된다. 제 1 압력 트랜스듀서는 제 1 기판에 통합되고, 제 2 압력 트랜스듀서는 제 2 기판에 통합된다. 제 1 및 제 2 기판들은, 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 차동 압력 측정의 표시를 생성할 시에, 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 공통 모드 압력의 표시를 소거하는 것을 가능하게 하는 방식으로 배열된다.
[0020] 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 기판들은, 공통 기판의 대향 볼륨들이거나, 또는 함께 직접 커플링되거나 개재 기판 또는 구조를 통해 커플링되는 별개의 기판들이다.
[0021] 다른 실시예에서, 전자 회로는, 제 2 용량성 압력 트랜스듀서의 측정 신호로부터 제 1 용량성 압력 트랜스듀서의 측정 신호를 감산(subtract)하도록 구성되는 미분기(differentiator)를 포함한다.
[0022] 또 다른 실시예에서, 전자 회로는 추가로, 제 1 과도적 유체, 제 2 과도적 유체, 또는 둘 모두의 절대 압력을 표시하는 적어도 하나의 신호를 출력하도록 구성된다.
[0023] 본 발명의 예시적인 실시예는 내부 연소(internal combustion) 엔진이며, 상기 내부 연소 엔진은, 제 1 및 제 2 과도적 유체들, 엔진의 동작 특성을 제어하도록 구성되는 엔진 제어기, 및 엔진 제어기와 전기 통신하는 일 쌍의 압력 트랜스듀서들을 갖는 센서를 포함하며, 센서는, 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 차동 압력을 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 공통 모드의 표시 없이 제어기에 출력한다.
[0024] 일 실시예에서, 내부 연소 엔진은, 흡기(intake) 압력 및 배기(exhaust) 압력을 갖는 배기 가스 재순환 밸브를 더 포함한다. 일 쌍의 압력 트랜스듀서들은, 흡기 압력 및 배기 압력에 대한 과도적 유체 압력들을 측정하고 그리고 측정된 압력들을 공통 모드의 표시 없이 제어기에 제공하도록 구성된다.
[0025] 다른 실시예에서, 내부 연소 엔진은, 유입(inflow) 압력 및 유출(outflow) 압력을 이용하는 디젤 미립자 필터(diesel particulate filter)를 더 포함한다. 일 쌍의 압력 트랜스듀서들은, 유입 압력 및 유출 압력에 대한 과도적 유체 압력들을 측정하도록 구성된다.
[0026] 전술한 것은, 첨부한 도면들에서 예시되는 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예들의 다음의 더 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이며, 첨부한 도면들에서, 동일한 참조 문자들은 상이한 도면들 전반에 걸쳐 동일한 파트들을 지칭한다. 도면들은 반드시 실척에 맞는 것은 아니며, 대신, 본 발명의 실시예들을 예시하는 것에 강조가 이루어진다.
[0027] 도 1a 및 도 1b는 각각, 본 발명의 엘리먼트들을 갖는 양면형(double-sided) 압력 트랜스듀서의 사시도 및 측면도이다.
[0028] 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1a 및 도 1b의 양면형 압력 트랜스듀서를 이용하는 압력 센서의 블록도이다.
[0029] 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1a 및 도 1b의 양면형 압력 트랜스듀서를 이용하는 디젤 내부 연소 엔진의 도면이다.
[0030] 본 발명의 예시적인 실시예들의 설명이 후속된다.
[0031] 일 실시예에서, 공통 기판을 공유하는 2개의 용량성 감지 엘리먼트들에 기초하는 차동 압력 센서가 본원에 설명된다. 그러한 실시예에서, 공통 기판은, 감지 엘리먼트들의 비용을 감소시키고, 패키징 복잡도를 감소시키며, 그리고 용량성 감지 엘리먼트들의 다이어프램들 간의 온도를 균등화(equalize)시킴으로써 센서의 열적 안정도에 도움이 된다.
[0032] 부가하여, 차동 압력 출력 신호 및 절대 압력 출력 신호를 제공하기 위해 듀얼 출력 주문형 집적 회로(ASIC)가 이용될 수 있다. 차동 압력 출력 신호는, 2개의 용량성 감지 엘리먼트들의 어레인지먼트에 기초하여, 2개의 용량성 감지 엘리먼트들에 의해 트랜스듀싱되는 압력의 차동 압력 측정의 표시를 (공통 모드가 필터링된 채) 제공하는 반면, 절대 압력 출력 신호는, 용량성 감지 엘리먼트(들) 중 하나(또는 둘 모두)에 의해 트랜스듀싱되는 압력의 절대 압력 측정의 표시를 (공통 모드가 필터링되지 않은 채) 동시에 제공한다. 이러한 능력은, 별개의 감지 엘리먼트들이 절대 압력을 측정할 필요성을 제거한다. 본원에서, 용어 "필터링된"은 대안적으로, 소거된 또는 감산된으로 지칭될 수 있다. 당업계에서 이해되는 바와 같이, 공통 모드의 제거를 달성하기 위해 이용될 수 있는 대안적인 아날로그 또는 디지털 기술들이 존재한다. 그러한 기술의 예는, 공통 모드가 없는 표시를 생성할 시에 공통 모드의 2개의 표시들을 포함하는 2개의 전기적 신호들을 감산하는 것으로서 본원에서 제시된다.
[0033] 차동 압력 센서는, 2개(또는 그 초과)의 압력들 간의 차이를 감지한다. 감지될 압력을 생성하는 매질(media)은, 예를 들어, 가스 또는 액체일 수 있으며, 본원에서 일반적으로 유체로서 지칭된다. 차동 압력 센서들은 2개의 넓은 카테고리들로 분할 될 수 있는데, 트루(true) 차동 압력 센서들, 및 2개의 감지 엘리먼트들의 압력 센서들이다.
[0034] 트루 차동 압력 센서는 트루 차동 트랜스듀서를 이용한다. 트랜스듀서의 단일 다이어프램의 각각의 면에 압력이 적용되고, 단일 다이어프램은 압력 차이에 비례하여 더 낮은 압력 면을 향해 편향된다. 다이어프램 편향을 측정하기 위해, 스트레인 게이지(gauge) 측정 또는 커패시턴스 측정의 사용을 통해서와 같은 적절한 검출 방법이 사용된다. 트루 차동 센서의 이점은, 큰 공통 모드 압력들을 견디는 그 자체의 능력이다. 트루 차동센서의 주된 단점은, 다이어프램 편향을 측정하기 위해 사용되는 센서들(즉, 스트레인 게이지들, 용량성 전극들 등)이 자극이 강하고(harsh) 부식성일 수 있는 압력 매질에 노출된다는 것이다. 이러한 문제를 극복하기 위한 하나의 방법은, 다이어프램에 압력을 전달하기 위한 격리 막(membrane) 및 오일 볼륨을 사용하여 매질로부터 다이어프램을 격리시키는 것에 의한 것이다. 그러나, 이러한 접근법은, 복잡도, 부정확성, 온도 민감도, 및 비용을 부가한다.
[0035] 2개-감지 엘리먼트들의 압력 센서들은, 압력들을 독립적으로 측정하기 위해 2개의 별개의 트랜스듀싱 엘리먼트들을 이용한다. 측정된 압력들 간의 차이는 적절한 전자 회로를 사용하여 컴퓨팅될 수 있고, 적절한 전자 회로는, 센서가 몇몇 계산들을 수행하기 위한 마이크로제어기를 포함한다면 컴퓨터 유닛을 이용할 수 있다. 2개-감지 엘리먼트들의 압력 센서 접근법의 예시적인 이점은, 다이어프램 편향을 측정하기 위해 사용되는 센서들(예컨대, 용량성 압력 트랜스듀서의 용량성 플레이트들)이 압력 매질에 노출되지 않는다는 것이며, 이는, 자극이 강한 환경들에 배치되는 경우, 증가된 강건성(robustness)을 초래한다.
[0036] 도 1a 및 도 1b는 각각, 본 발명의 실시예에 따른 양면형 압력 트랜스듀서의 사시도 및 측면도이다. 이러한 예시적인 실시예는, 제 1 압력 트랜스듀싱 엘리먼트(101a)를 형성하기 위해 기판(120)의 제 1 면 상에 제 1 다이어프램(110a)을 포함하고, 제 2 압력 트랜스듀싱 엘리먼트(101b)를 형성하기 위해 기판(120)의 제 2 면(대향 면) 상에 제 2 다이어프램(110b)을 배치한다. 2개의 압력 트랜스듀싱 엘리먼트들(101a, 101b)은 동일할 수 있거나, 또는 다이어프램들(110a, 110b)의 두께, 다이어프램들(110a, 110b)의 직경, 또는 전도성 플레이트 전극들(141a, 141b, 142a, 142b)의 설계를 변경함으로써 상이한 압력 요건들에 개별적으로 맞춤조절(tailor)될 수 있다.
[0037] 2개의 면들은 동일한 기판(220)을 공유하지만, 면들은 본질적으로 독립적인 트랜스듀싱 엘리먼트들이고, 제조 고려사항들에 따라 동일한 기판 또는 개별적인 기판들(도시되지 않음)에 통합될 수 있다. 후자의 경우에서, 개별적인 기판들은, 개별적인 압력 트랜스듀싱 엘리먼트들이 어셈블링(assemble)된 이후에 공통 기판(220)을 형성하도록 백-투-백 어레인지먼트로 함께 포지셔닝되거나, 또는 그렇지 않으면, 제 3 기판 또는 다른 구조 또는 구조적 엘리먼트, 이를테면 내부 연소 엔진의 내측 벽과 같은 기계적 어셈블리의 편평(flat)한 강성(stiff)의 벽을 통해 함께 커플링된다.
[0038] 일 실시예에서, 각각의 압력 트랜스듀싱 엘리먼트(101a, 101b)는, 그들에서 감지 커패시터를 정의하는 용량성 트랜스듀싱 엘리먼트이다. 감지 커패시터들은, 연관된 플렉서블(flexible) 다이어프램(110a, 110b)의 편향에 상응하여 커패시턴스를 변경하도록 구성된다. 다이어프램들(110a, 110b)은, 과도적 또는 정적(stationary) 유체들과 유체 접촉(fluid contact)하도록 개별적으로 노출될 수 있고, 대응하는 유체들에 의해 적용되는 압력 변화들에 대한 응답으로 편향될 수 있다.
[0039] 스페이서들(130a, 130b)은, 내부 캐비티들 내의 평행 전도성 플레이트들에 의해 정의되는 감지 커패시터들이 유체들 및 환경 내의 감지될 다른 물질(substance)들에 노출되는 것을 보호하기 위해, 압력 트랜스듀싱 엘리먼트들(101a, 101b)의 내부 캐비티(123a, 123b)(도 1b)를 격리시킨다.
[0040] 도 1b는, 도 1a의 양면형 용량성 압력 트랜스듀서(100)를 도시한다. 도 1b에서, 기판(120)의 대향 면들 상에 2개의 압력 트랜스듀싱 엘리먼트들(101a, 101b)이 예시된다. 제 1 압력 트랜스듀싱 엘리먼트(101a)는 강성(rigid) 기판(120)의 제 1 면에 탑재(mount)되고, 내부 캐비티(123a) 내의 작은 갭에 의해 기판(120)으로부터 분리되는 플렉서블(flexible) 다이어프램(110a)을 갖는다. 내부 캐비티(123a) 및 갭은, 다이어프램(110a)의 내부 표면을 기판(120)의 제 1 표면에 본딩(bond)하는 스페이서(130a)에 의해 형성된다. 스페이서(130a)는, 다이어프램(110a)을 기판(120)에 접합(join)시키고, 기판(120)의 제 1 표면(상부 표면) 상에 인쇄(print)된 전도성 플레이트 전극(142a)과 제 1 다이어프램(110a)의 내부 표면 상에 인쇄된 전도성 플레이트 전극(141a) 사이에 갭을 생성한다. 이러한 스페이서(130a)는 일반적으로, 높은 온도에서 기판(120) 및 대응하는 다이어프램(110a)에 퓨징(fuse)되어 밀폐형 씰(airtight seal)을 생성하는, 유리와 같은 비-전도성 물질이다. 전극 리드들(121, 122)(도 1a에 도시됨)은, 기판(120)의 제 1 표면 상에 포함되고, 각각 전도성 플레이트 전극들(141a, 142a)에 대한 외부 전기 접속들이 이루어지는 것을 가능하게 한다. 이들 전도성 플레이트 전극들(141a, 142a)(그들 사이에 갭을 가짐)은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 1 압력 트랜스듀싱 엘리먼트(101a)의 감지 커패시터를 형성한다.
[0041] 제 2 압력 트랜스듀싱 엘리먼트(101b)는 강성 기판(120)의 대향 면 또는 제 2 면에 탑재되고, 대응하는 내부 캐비티(123b) 내의 작은 갭에 의해 기판(120)으로부터 분리되는 플렉서블 다이어프램(110b)을 갖는다. 갭은, 다이어프램(110b)의 내부 표면을 기판(120)의 제 2 표면(하부 표면)에 본딩하는 스페이서(130b)에 의해 형성된다. 스페이서(130b)는, 다이어프램(110b)을 기판(120)에 접합시키고, 기판(120)의 제 2 표면(하부 표면) 상에 인쇄된 전도성 플레이트 전극(142b)과 다이어프램(110b)의 내부 표면 상에 인쇄된 전도성 플레이트 전극(141b) 사이에 갭을 생성한다. 이러한 스페이서(130b)는 일반적으로, 높은 온도에서 기판(120) 및 대응하는 다이어프램(110b)에 퓨징되어 밀폐형 씰을 생성하는, 유리와 같은 비-전도성 물질이다. 전극 리드들(도시되지 않음)은, 기판(120)의 제 2 표면 상에 포함되고, 각각 전도성 플레이트 전극들(141b, 142b)에 대한 외부 전기 접속들이 이루어지는 것을 가능하게 한다. 이들 전도성 플레이트 전극들(141b, 142b)(그들 사이에 갭을 가짐)은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 2 압력 트랜스듀싱 엘리먼트(101b)의 감지 커패시터를 형성한다.
[0042] 도 1a 및 도 1b는, 서로에 대해 평행한 평면인 것으로서 다이어프램들(110a, 110b)을 예시하며, 편향 표면들(즉, 다이어프램들(110a, 110b))에 관한 공통 수직 축을 따라 서로로부터 외향으로 지향되는 것으로서 본원에서 또한 설명된다. 대안적인 실시예들에서, 다이어프램들(110a, 110b)들은 비-평행일 수 있는데, 이를테면, 트랜스듀서들에 의해 감지되는 압력이 차이의 표시를 생성할 시에, 공통 압력 모드들의 검출들 및 동일한 것의 표시들의 제거를 계속 가능하게 하는 ± 5도, ± 10도, ± 30도, 또는 다른 각도들과 같은 몇몇 각도 양만큼 동일한 방향으로(즉, 서로에 관해 시계방향 및 반시계방향 로테이션들로) 둘 모두가 비스듬하게 있다.
[0043] 용량성 트랜스듀싱 엘리먼트들(201a, 201b)의 커패시턴스 값 C는 통상적으로 피코패럿 단위(10-12 F)로 측정되며, 다음의 수학식에 의해 주어진다.
[0044]
Figure pct00001
[0055] 여기서, ε는 갭들 내의 매질(일반적으로는 에어(air))의 유전 상수이고, A는 전극들의 면적이며, d는 전도성 플레이트 전극들 간의 거리 또는 갭이다. 다이어프램들(110a, 110b)들이 압력 하에서 편향됨에 따라, 대응하는 갭들 d가 감소하고, 커패시턴스의 증가를 초래한다. 통상적으로, 신호 컨디셔닝 회로는, 커패시턴스를, 적용된 압력에 비례하도록 교정되는 전압 또는 디지털 신호로 변환한다. 부가적으로, 기준 전도성 플레이트 전극이, 자신의 값이 압력에 따라 변하지 않도록, 기판의 어느 하나의 면에 그리고 다이어프램들 중 하나의 둘레(perimeter) 근방에 부가될 수 있다. 이러한 기준 전도성 플레이트 전극은, 유리 스페이서들의 열적 팽창과 같은 온도 효과들을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 간략화를 위해, 기준 전도성 플레이트 전극은 도 1a 및 도 1b에 명시적으로 도시되지 않는다.
[0046] 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1a 및 도 1b의 양면형 압력 트랜스듀서를 이용하는 압력 센서의 블록도이다. 2개의 압력 트랜스듀서들(201a, 201b)은, 도 1a 및 도 1b에 도시된 양면형 트랜스듀싱 엘리먼트의 개별적인 압력 트랜스듀서들이다.
[0047] 도 2를 참조하면, 압력 센서(200)는, 2개의 센서 입력 포트들(222a, 222b) 및 2개의 센서 출력 포트들(280, 270)을 제공하는 주문형 집적 회로(ASIC)(260)를 특징으로 한다. 입력 및 출력 포트들은 아날로그 또는 디지털 신호들을 지원할 수 있다.
[0048] 압력 센서(200)는 ASIC(260)의 2개의 입력 포트들(222a, 222b)에 연결되는 2개의 압력 트랜스듀서들(201a, 201b)을 갖는다. ASIC(260)은, 신호 감산 유닛(265)으로부터의 하나의 전용 차동 출력 포트(270), 및 압력 트랜스듀서들(201a, 201b) 중 하나에 대응하는 신호 컨디셔너(conditioner)들(261a, 261b) 중 하나로부터의 절대 압력 출력 포트(280)를 갖는다. 2개의 압력 트랜스듀서들(201a, 201b) 중 하나에 대응하는 절대 압력 출력은, 2개의 트랜스듀서들 사이의 차동 압력과 함께, 차동 압력 출력의 사인(sign)에 따라 절대 출력으로부터 차동 출력을 감산하거나 또는 그에 부가함으로써 공통 모드 압력(즉, 압력 센서(200)의 압력 트랜스듀서들(201a, 201b) 둘 모두에 적용되는 공통 압력)이 계산되는 것을 가능하게 한다.
[0049] 도 2를 이해하기 위한 다른 방법은, 주문형 집적 회로(ASIC)(260) 또는 다른 형태들의 회로(도시되지 않음)와 전기 통신하는 제 1 및 제 2 용량성 압력 트랜스듀서들(201a, 201b)을 고려하는 것이다. 용량성 압력 트랜스듀서들(201a, 201b)은, 그들의 개별적인 다이어프램의 편향들을, 그들의 개별적인 감지 커패시터들(202a, 202b)과 연관된 커패시턴스의 함수로써 개별적인 전기 신호들(222a, 222b)로 트랜스듀싱한다. 용량성 압력 트랜스듀서들(201a, 201b)의 다이어프램들은, 개별적인 과도적 유체의 압력에서의 변화들에 대한 응답으로 편향되며, 그들의 개별적인 감지 커패시터들(202a, 202b)의 커패시턴스에서의 대응하는 변화를 야기한다. ASIC(260)은, 여기 신호(221a, 221b)(즉, 시변(time-varying) 전압)를 이용하여 용량성 압력 트랜스듀서들(201a, 201b)의 감지 커패시터들(202a, 202b)을 에너자이징(energize)하고, 용량성 압력 트랜스듀서들(201a, 201b)의 감지 커패시터들(202a, 202b)에 의해 변조되는 개별적인 전기 신호(222a, 222b)를 수신한다.
[0050] 신호 컨디셔너들(261a, 261b)(예컨대, 사전-증폭기들, 또는 증폭기들)은, 예를 들어, 잡음 또는 간섭을 감소시키거나 또는 신호 강도를 부스팅(boosting)함으로써, 추가적인 증폭 또는 프로세싱에 대한 전기 신호들(222a, 222b)을 준비한다. 신호 컨디셔너들(261a, 261b)은, 컨디셔닝된 신호들(223a, 223b)을 감산 회로(예컨대, 완전 차동 증폭기)에 출력하며, 감산 회로는, 압력 트랜스듀서들(201a, 201b)에 의해 트랜스듀싱되는 공통 모드 압력을 표시하는 전압 또는 전류를 컨디셔닝된 신호들(223a, 223b)로부터 제거하고 그리고 차동 출력 신호(270)를 생성하도록 구성된다. 차동 출력 신호(270)는, 컨디셔닝된 신호들(223a, 223b) 간의 전압 차이를 표시한다. 이러한 방식에서, 차동 출력 신호(270)는 용량성 압력 트랜스듀서들(201a, 201b) 간의 압력 차이의 표시이다. 컨디셔닝된 신호들(223a, 223b) 중 하나 또는 둘 모두는, 용량성 압력 트랜스듀서들(201a, 201b) 중 하나 또는 둘 모두의 절대 압력을 표시하는 비-차동 출력 신호(280)로서 출력될 수 있다.
[0051] 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 도 1a 및 도 1b의 양면형 압력 트랜스듀서를 이용하는 내부 연소 디젤 엔진(300)의 도면이다. 디젤 엔진(300)에서, 배기 가스 재순환(EGR; exhaust gas recirculation) 밸브(301)에 걸친 압력 차이를 측정하기 위해, 본 발명의 실시예들을 갖는 양면형 차동 압력 센서(301-1)로부터의 차동 신호(311)가 사용된다. 부가적으로, 본 발명의 특성들은, 양면형 차동 압력 센서(301-1)가 스로틀 보디(throttle body)(302)의 다운스트림에서의 다지관(manifold) 압력에 대한 절대 신호(312)를 제공하는 것을 가능하게 한다. 압력 신호들(311, 312)은, EGR 밸브(301) 및 스로틀 보디(302)와의 전기 통신을 제어할 시에 엔진 제어기(399)에 제공된다. 종래 기술 구성들은 현재 다지관 절대 압력(MAP; manifold absolute pressure)을 측정하기 위한 별개의 압력 센서를 요구한다. 도 2에 상세히 도시된 본 발명의 듀얼 출력 센서는, EGR 밸브(390)에 걸친 차동 압력 신호(311) 및 흡기 다지관(323)에서의 유체(303)의 절대 압력 신호(312) 둘 모두를 제공함으로써 종래 기술의 2개의-독립적인-센서 EGR 시스템들을 대체하는 것이 가능하며, 그에 따라, 엔진 관리 시스템의 비용 및 복잡도가 낮아진다.
[0052] 세라믹 다이어프램의 사용은, 다이어프램을 보호하기 위한 압력-전달 유체, 이를테면 오일을 필요로 함이 없이, 양면형 차동 압력 센서(310)의 둘 모두의 트랜스듀서들이 흡기 다지관(323)에서의 유체(303) 및 배기 다지관(324)에서의 유체(304)와 직접 압력 소통하는 것을 허용한다. 가성 환경들에서의 화학적 부식에 대해 저항하는 세라믹들의 능력 및 그들의 더 높은 동작 온도 범위로 인해, 세라믹 물질들은 실리콘 또는 금속보다 더 자극이 강한 환경들을 견딘다. 비-세라믹 다이어프램들을 이용하는 유사한 센서들은, 내부 연소 엔진들에서 일반적으로 발견되는 환경들로부터의 보호를 요구할 수 있다.
[0053] 미립자 배기 필터(305)에 걸친 압력을 측정하기 위해, 제 2 양면형 차동 압력 센서(301-2)가 도 3의 디젤 엔진(300)에서 사용된다. 제 2 압력 센서(301-2)는, 차동 압력 출력 신호(321) 및 절대 압력 출력 신호(322)를 엔진 제어기(399)에 제공한다. 차동 압력 출력 신호(321)는, 위에 설명된 바와 같이, 공통 모드 압력의 표시를 포함하지 않는다.
[0054] 본 발명의 실시예들은 여러 타입들의 차동 압력 애플리케이션들에 적용되며, 특히, 공통 모드 압력 판독이 또한 필요하거나 또는 필터링되는 것에 관심이 있는 애플리케이션들에 적용된다. 차동 압력 트랜스듀서들을 이용하는 시스템의 예들은, 자동차, 항공우주, 공업, 및 의료 시스템들을 포함한다.
[0055] 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명이 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 첨부된 청구항들에 의해 포괄되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 예시적인 실시예들에서 형태들 및 세부사항들의 다양한 변경들이 이루어진다는 것이 당업자들에 의해 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. 차동(differential) 압력 트랜스듀서로서,
    제 1 편향(deflection) 표면을 갖는 제 1 압력 트랜스듀서(transducer) ― 상기 제 1 압력 트랜스듀서는 제 1 기판에 통합됨 ―;
    제 2 편향 표면을 갖는 제 2 압력 트랜스듀서를 포함하며,
    상기 제 2 압력 트랜스듀서는 제 2 기판에 통합되고,
    상기 제 1 압력 트랜스듀서는 제 1 과도적(transient) 유체에 노출되도록 구성되고, 상기 제 2 압력 트랜스듀서는 제 2 과도적 유체에 노출되도록 구성되고,
    상기 제 1 압력 트랜스듀서 및 상기 제 2 압력 트랜스듀서는, 개별적인 편향 표면들이 서로로부터 외향으로 지향되도록 배열되고, 그리고 편향 표면들이 함께 관측되는 경우, 상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체의 차동 압력 측정의 표시(representation)를 생성할 시, 상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체의 공통 모드(common mode) 압력의 표시를 소거(cancel)하는 것을 가능하게 하는 거리 내에 배열되는, 차동 압력 트랜스듀서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판은 공통 기판의 대향 볼륨(opposing volume)들인, 차동 압력 트랜스듀서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압력 트랜스듀서 및 상기 제 2 압력 트랜스듀서는, 개별적인 편향 표면들이 상기 편향 표면들에 관한 공통 수직 축을 따라 서로 외향으로 지향되게 배열되는, 차동 압력 트랜스듀서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체는 유동 경로(flow path) 내의 상이한 위치들에서의 동일한 유체인, 차동 압력 트랜스듀서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 편향 표면 및 상기 제 2 편향 표면은 개별적인 제 1 다이어프램(diaphragm) 및 제 2 다이어프램의 표면들이고, 상기 제 1 다이어프램 및 상기 제 2 다이어프램은, 상기 제 1 다이어프램 및 상기 제 2 다이어프램의 내부 표면들과 개별적인 기판들 사이에 갭(gap)을 생성하도록 구성되는 개별적인 스페이서(spacer)들로 상기 개별적인 기판들로부터 오프셋(offset)되어 포지셔닝되는, 차동 압력 트랜스듀서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스페이서들은 유리 스페이서들인, 차동 압력 트랜스듀서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압력 트랜스듀서 및 상기 제 2 압력 트랜스듀서 각각은, 다이어프램, 평행하게 배열되는 제 1 전도성 플레이트 전극 및 제 2 전도성 플레이트 전극, 및 개별적인 전도성 플레이트 전극들과 전기 통신하는 제 1 및 제 2 전극 리드(lead)들을 포함하고,
    상기 제 1 전도성 플레이트 전극들은 상기 개별적인 다이어프램들의 내부 표면들 상에 포지셔닝되고, 상기 제 2 전도성 플레이트 전극들은 상기 개별적인 기판들 상에 포지셔닝되고, 상기 제 1 전도성 플레이트 전극들 및 상기 제 2 전도성 플레이트 전극들은, 개별적인 대향하는 전도성 플레이트 전극들 사이의 갭 거리만큼 오프셋되며, 상기 갭 거리는, 개별적인 과도적 유체에 의해 상기 개별적인 다이어프램에 적용되는 압력에서의 변화들에 기초하여 변하는, 차동 압력 트랜스듀서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다이어프램은 세라믹 다이어프램인, 차동 압력 트랜스듀서.
  9. 압력을 트랜스듀싱(transduce)하는 방법으로서,
    제 1 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 제 1 커패시턴스를 변경하는 단계 ― 상기 제 1 커패시턴스는 제 1 편향 표면과 연관됨 ―;
    제 2 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 제 2 커패시턴스를 변경하는 단계 ― 상기 제 2 커패시턴스는 제 2 편향 표면과 연관됨 ―; 및
    상기 제 1 커패시턴스 및 상기 제 2 커패시턴스의 변화들을 결합시키는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 커패시턴스 및 상기 제 2 커패시턴스의 변화들을 결합시키는 단계는, 상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체의 차동 압력 측정의 표시를 생성할 시, 상기 제 1 편향 표면 및 상기 제 2 편향 표면 상의 상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체에 의해 전달되는 공통 모드 압력의 표시를 소거하는 단계를 포함하는, 압력을 트랜스듀싱하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    개별적인 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 상기 제 1 커패시턴스를 변경하는 단계 및 상기 제 2 커패시턴스를 변경하는 단계는,
    개별적인 기판들로부터 떨어진 제 1 다이어프램과 제 2 다이어프램의 간격을 스페이서들로 유지하는 단계 ― 상기 스페이서들은, 상기 제 1 다이어프램 및 상기 제 2 다이어프램의 내부 표면과 상기 개별적인 기판들 사이의 갭 거리를 정의함 ―; 및
    상기 개별적인 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 상기 갭 거리를 변경하는 단계를 포함하는, 압력을 트랜스듀싱하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 다이어프램과 상기 제 2 다이어프램 사이의 간격을 유지하는 단계는, 상기 개별적인 기판들 및 상기 내부 표면들과 연관된 전도성 플레이트 전극들 간의 간격을 유지하는 단계를 더 포함하며,
    상기 전도성 플레이트 전극들은, 이렇게 함으로써(thereby) 정의되는 커패시턴스를 갖는, 압력을 트랜스듀싱하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 개별적인 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 상기 갭 거리를 변경하는 단계는, 상기 개별적인 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 상기 커패시턴스를 변경하는 단계를 포함하는, 압력을 트랜스듀싱하는 방법.
  13. 차동 압력 센서로서,
    제 1 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 제 1 커패시턴스를 변경하기 위한 제 1 수단;
    제 2 과도적 유체와 연관된 압력 변화들에 대한 응답으로 제 2 커패시턴스를 변경하기 위한 제 2 수단을 포함하며,
    상기 제 1 수단은 상기 제 1 과도적 유체에 노출되도록 구성되고, 상기 제 2 수단은 상기 제 2 과도적 유체에 노출되도록 구성되고,
    상기 제 1 수단 및 상기 제 2 수단은, 편향 표면들이 함께 관측되는 경우, 상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체의 차동 압력 측정의 표시를 생성할 시, 상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체의 공통 모드 압력의 표시를 소거하는 서로로부터 외향으로 지향되는 개별적인 편향 표면들을 갖게 배열되는, 차동 압력 센서.
  14. 차동 압력 센서로서,
    제 1 과도적 유체와 압력 소통(pressure communication)하게 노출되도록 구성가능한 제 1 용량성 압력 트랜스듀서 ― 상기 제 1 압력 트랜스듀서는 제 1 기판에 통합됨 ―;
    제 2 과도적 유체와의 압력 소통하게 노출되도록 구성가능한 제 2 용량성 압력 트랜스듀서 ― 상기 제 2 압력 트랜스듀서는 제 2 기판에 통합되고, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판은, 상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체의 차동 압력 측정의 표시를 생성할 시, 상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체의 공통 모드 압력의 표시를 소거하는 것을 가능하게 하는 방식으로 배열됨 ―; 및
    개별적인 과도적 유체들의 압력들에서의 변화들에 대한 응답으로, 상기 제 1 용량성 압력 트랜스듀서 및 상기 제 2 용량성 압력 트랜스듀서의 커패시턴스에서의 변화들을 측정하도록 구성되는 전자 회로를 포함하며,
    상기 전자 회로는, 상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체의 상기 차동 압력 측정의 표시를 출력하도록 구성되는, 차동 압력 센서.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판은 공통 기판의 대향 볼륨들인, 차동 압력 센서.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 전자 회로는 추가로, 상기 제 1 과도적 유체의 절대 압력, 상기 제 2 과도적 유체의 절대 압력, 또는 상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체 둘 모두의 절대 압력을 표시하는 적어도 하나의 신호를 출력하도록 구성되는, 차동 압력 센서.
  17. 2개의 과도적 유체들의 압력을 측정하는 방법으로서,
    제 1 다이어프램의 편향을 상기 제 1 다이어프램과 연관된 제 1 커패시턴스로 트랜스듀싱하는 단계 ― 상기 제 1 다이어프램은, 제 1 과도적 유체의 압력에서의 변화들에 대한 응답으로 편향됨 ―;
    제 2 다이어프램의 편향을 상기 제 2 다이어프램과 연관된 제 2 커패시턴스로 트랜스듀싱하는 단계 ― 상기 제 2 다이어프램은, 제 2 과도적 유체의 압력에서의 변화들에 대한 응답으로 편향됨 ― ;
    상기 제 1 커패시턴스 및 상기 제 2 커패시턴스에서의 변화들을 측정하는 단계;
    상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체의 공통 모드의 표시를 소거하는 단계; 및
    상기 제 1 과도적 유체 및 상기 제 2 과도적 유체의 차동 압력 측정의 전기 신호 표시를 출력하는 단계를 포함하는, 2개의 과도적 유체들의 압력을 측정하는 방법.
  18. 내부 연소(internal combustion) 엔진으로서,
    제 1 및 제 2 과도적 유체들;
    상기 엔진의 동작 특성을 제어하도록 구성되는 엔진 제어기;
    상기 엔진 제어기와 전기 통신하는 일 쌍의 압력 트랜스듀서들을 갖는 센서를 포함하며,
    상기 센서는, 상기 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 공통 모드의 표시 없이 상기 제 1 및 제 2 과도적 유체들의 차동 압력을 상기 제어기에 출력하는, 내부 연소 엔진.
  19. 제 18 항에 있어서,
    흡기(intake) 압력 및 배기(exhaust) 압력을 갖는 배기 가스 재순환 밸브를 더 포함하며,
    상기 일 쌍의 압력 트랜스듀서들은, 상기 흡기 압력 및 상기 배기 압력의 과도적 유체 압력들을 측정하고 그리고 상기 흡기 압력 및 상기 배기 압력의 공통 모드의 표시를 동일한 것이 없게 상기 제어기에 제공하도록 구성되는, 내부 연소 엔진.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 일 쌍의 압력 트랜스듀서들은 제 1 쌍이고,
    상기 내부 연소 엔진은, 유입(inflow) 압력 및 유출(outflow) 압력을 갖는 디젤 미립자 필터(diesel particulate filter)를 더 포함하며,
    상기 유입 압력 및 상기 유출 압력의 과도적 유체 압력들을 측정하도록 제 2 쌍의 압력 트랜스듀서들이 구성되는, 내부 연소 엔진.
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