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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor.
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Ein
Dieselpartikelfiltersystem (DPF-System) reinigt Abgas, das von einem
Motor ausgestoßen wird. Das DPF-System weist typischerweise
einen Drucksensor auf, der eine Druckdifferenz von ausgestoßenem
Abgas vor und nach Durchlauf durch einen DPF erkennt. Der DPF arbeitet
als Filter und der Drucksensor wird verwendet, um beispielsweise
ein Zusetzen des DPF zu erkennen. Ein Drucksensor wie der oben beschriebene
Sensor kann in einem Druckmedium verwendet werden, beispielsweise
dem Abgas, das hoch korrodierende Eigenschaften hat. Somit ist es
wichtig, beim Sensoraufbau einen Sensorchip, der den Druck erkennt,
vor einem korrosiven Druckmedium zu schützen.
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In
der
japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2002-221462 entsprechend der
US-PS 6 651 508 wird ein Drucksensoraufbau
beschrieben. Der Drucksensor enthält ein Gel, um einen
Sensorchip des Drucksensors zu schützen. Genauer gesagt,
der Drucksensor weist ein Kunststoffgehäuse auf. Das Kunststoffgehäuse
weist einen Druckeinlassanschluss mit einem ersten Druckeinlassdurchlass
und einem zweiten Druckeinlassdurchlass auf. Der erste Druckeinlassdurchlass
und der zweite Druckeinlassdurchlass dienen zum Eintreten lassen
eines Druckmediums. Der Drucksensor weist weiterhin einen Sensorchip
des Halbleitermembrantyps auf. Der Chip ist ein plattenförmiges
Sensierungsbauteil mit einer ersten Fläche und einer zweiten
Fläche. Die erste Fläche des Sensierungsbauteils
nimmt den Druck des Druckmediums auf, das über den ersten
Druckeinlassdurchlass zugeführt wird. Die zweite Oberfläche
des Sensierungsbauteils nimmt den Druck des Druckmediums auf, dass über den
zweiten Druckeinlassdurchlass zugeführt wird. Die Differenz
der Drücke, die der ersten Fläche bzw. der zweiten
Fläche zugeführt werden, kann gemessen werden.
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Ein
Drucksensor wie der eben beschriebene Sensor weist ein Glassubstrat
mit einer ersten Durchgangsöffnung auf. Das Kunststoffgehäuse
hat eine zweite Durchgangsöffnung. Das Kunststoffgehäuse ist
an das Glassubstrat gebondet. Das Kunststoffgehäuse ist
mit der ersten Durchgangsöffnung des Glassubstrats verbunden.
Weiterhin ist die zweite Fläche des Sensorchips an das
Glassubstrat gebondet. Wenn der Sensorchip eine Abmessung von beispielsweise
3 mm im Quadrat hat, beträgt die Größe einer
jeden Durchgangsöffnung beispielsweise 1,25 mm. Auf der ersten
Fläche des Sensorchips ist ein erstes Schutzbauteil angeordnet.
In den ersten und zweiten Durchgangsöffnungen ist ein zweites Schutzbauteil
angeordnet. Das Material der ersten und zweiten Schutzbauteile ist
ein Gel, das den Sensorchip vor dem Druckmedium schützen
kann, das korrosive oder sonstwie aggressive Eigenschaften hat.
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Da
die zweite Fläche des Sensorchips von dem Gel bedeckt ist,
muss das Kunststoffgehäuse die zweite Durchgangsöffnung
zur Anordnung des Gels hierin haben. Mit Blick auf eine Festigkeit
des Kunststoffgehäuses beträgt die Dicke des Kunststoffgehäuses
beispielsweise mindestens 1 mm. Unter Berücksichtigung
des eben beschriebenen Falls hat der Erfinder der vorliegenden Anmeldung
festgestellt, dass sich die folgenden Probleme ergeben:
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3 zeigt
einen Drucksensor nach dem Stand der Technik. Ein Sensorchip 92 ist über
eine Basis 91 mit einem Kunststoff- oder Kunstharzgehäuse 93 verbunden
und eine zweite Fläche nimmt den Druck eines Druckmediums
auf. Das Kunststoffgehäuse 93 weist eine dritte
Durchgangsöffnung 94 mit einer Öffnungsgröße ϕ (z.
B. ein Bohrungsdurchmesser) und einer Öffnungslänge
t auf. Die Öffnungslänge t ist beispielsweise
eine Distanz zwischen einem Ende der dritten Durchgangsöffnung 94 und
der zweiten Fläche des Sensorchips 92, wie in 3 gezeigt. 4 zeigt
eine Beziehung zwischen einer Krümmungsrate einer Temperaturcharakteristik
und ϕ/t. Die Krümmungsrate einer Temperaturcharakteristik
wird auch als BRC bezeichnet.
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BRC
drückt eine Sensorcharakteristikdifferenz zwischen den
folgenden beiden Fällen in einem Niedertemperaturbereich
aus: ein Fall ist, dass ein Gelteil 95 die zweite Fläche
des Sensorchips 92 mit einem Eindringgrad von 120 bedeckt
und der andere Fall ist, dass das Gelteil 95 die zweite
Fläche des Sensorchips 92 nicht abdeckt. Der Eindringgrad hängt
mit der Härte des Gelteils 95 zusammen. Beispielsweise
ist das Gelteil 95 als weich zu bezeichnen, wenn der Eindringgrad 100 beträgt.
Wenn der Eindringgrad 40 beträgt, ist das Gelteil 95 sehr
hart.
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Gemäß 4 ist,
wenn ϕ/t größer ist oder wenn ein Durchmesser
der dritten Durchgangsöffnung 94 größer
ist, BRC kleiner und der Sensor hat eine bessere Charakteristik.
Wenn ϕ/t kleiner ist oder der Durchmesser der dritten Durchgangsöffnung 94 kleiner
ist, ist BRC größer und der Sensor hat eine schlechtere
Charakteristik. Wie oben beschrieben, muss, wenn das Kunststoffgehäuse 93 die
dritte Durchgangsöffnung 94 hat, das Kunststoffgehäuse 93 eine
ausreichende Dicke haben, um die Festigkeit des Kunststoffgehäuses 93 sicher
zu stellen. Da die Größe der Durchgangs öffnung
unvermeidlich kleiner als eine Größe des Sensorchips 92 ist,
ist es wahrscheinlich, dass ein Drucksensor so gestaltet wird, dass
die dritte Durchgangsöffnung 94 einen kleineren Durchmesser
als die Länge dieser dritten Durchgangsöffnung 94 hat.
Somit ergibt sich das Problem, dass BRC groß ist und ein
Charakteristikfehler des Sensorchips 92 ebenfalls groß ist,
wie in 4 gezeigt.
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Betrachtet
sei der Fall, dass die dritte Durchgangsöffnung 94 unter
Verwendung des Gelmaterials 95 aus weichem Material versiegelt
wird. 5 ist eine Graphik, die eine Beziehung zwischen
der Gelhärte und einer Abweichung vor und nach dem Einsetzen
des Gels zeigt. Die Abweichung vor und nach dem Einsetzen des Gels
gibt einen Grad einer Abweichung einer Sensorcharakteristik an.
Genauer gesagt, je näher die Abweichung vor und nach dem
Einsetzen des Gels an 0% ist, um so weniger Charakteristikabweichung
hat der Sensor. Wenn die Abweichung vor und nach dem Einsetzen des
Gels einen größeren Wert hat, hat der Sensor eine
größere Charakteristikabweichung, was dem Fall
entspricht, dass der Sensor insgesamt eine schlechte Charakteristik hat.
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Gemäß 5 hat,
wenn das Gelteil 95 härter ist, der Sensor eine
größere Charakteristikabweichung, was dem Fall
entspricht, dass der Sensor eine schlechte Charakteristik hat. Wenn
das Gelteil 95 jedoch weicher ist, hat der Sensor eine
kleinere Charakteristikabweichung, was dem Fall entspricht, dass die
Sensorcharakteristik nicht beeinflusst wird.
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Das
Kunststoffgehäuse 93 hat eine raue Oberfläche
aufgrund eines Füllstoffs beispielsweise Glas, das in dem
Kunststoffgehäuse 93 enthalten ist und aufgrund
der Herstellungszustände des Kunststoffgehäuses 93.
Somit kann sich der Zustand ergeben, dass an der Oberfläche
des Kunststoffgehäuses 93 Luft in Bläschenform
(Luftbläschen) haftet. Wenn das Gelteil 95 aus
weichem Material im oben beschriebenen Zustand in das Kunststoffgehäuse 93 eingebracht
wird, kann das oder die Luftbläschen in einen inneren Abschnitt
des Gelteils 95 eindringen. Hieraus ergibt sich das Problem,
dass die Luftbläschen eine Druckübertragung behindern
oder verhindern, so dass sich eine schlechte Sensorcharakteristik
ergibt.
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Weiterhin
ergeben sich Probleme, dass ein Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten
zwischen Gelteil 95 und Kunststoffgehäuse 93 die
Erzeugung von Belastungen oder Spannungen bewirkt und sich das Gelteil
vom Kunststoffgehäuse 93 ablösen kann.
In diesem Fall kann Abgas mit korrosiver Eigenschaft an einer Grenzfläche
oder einem Raum zwischen Gelteil 95 und Kunststoffgehäuse 93 eindringen.
Dieses Abgas kann das Gelteil 95 und/oder das Kunststoffgehäuse 93 zersetzen.
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Angesichts
der obigen Probleme wäre ein Drucksensor wünschenswert,
bei dem das Ablösen des Gelteils verhindert ist. Auch wäre
ein Drucksensor wünschenswert, bei dem die Erzeugung von
Luftbläschen unterdrückt wird.
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Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drucksensor
zu schaffen, der die genannten Probleme beseitigt bzw. bei dem diese
genannten Probleme nicht vorhanden sind.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Drucksensor zur Erkennung eines
Drucks eines Mediums geschaffen, wobei der Drucksensor aufweist:
einen Gehäusekörper in Kastenform und mit wenigstens
einem Druckeinlassanschluss zum Zuführen des Druckmediums;
wenigstens einen Sensorchip in Plattenform mit einer oberen Fläche
und einer Bodenfläche gegenüber der oberen Fläche,
wobei der Sensorchip weiterhin wenigstens ein Sensierungsteil, das
auf die obere Fläche des Sensorchips angeordnet ist und
ein konkaves Teil aufweist, das auf der Bodenfläche des
Sensorchips angeordnet ist, wobei das konkave Teil einen konkaven
Abschnitt hat; ein Keramiksubstrat in Plattenform mit einer vorderen
Fläche und einer hinteren Fläche gegenüber der
vorderen Fläche, wobei das Keramiksubstrat weiterhin eine
vordere Öffnung an der vorderen Fläche des Keramiksubstrats
und eine hintere Öffnung an der hinteren Fläche
des Keramiksubstrats enthält, wobei die vordere Öffnung
räumlich mit der hinteren Öffnung über
das Keramiksubstrat in Verbindung steht; und ein Gelteil. Der Sensorchip
ist an der vorderen Fläche des Keramiksubstrats so angeordnet, dass
das konkave Teil des Sensorchips an der vorderen Öffnung
liegt. Der Gehäusekörper nimmt das Keramiksubstrat
so auf, das die hintere Öffnung des Keramiksubstrats mit
dem Druckeinlassanschluss verbunden ist. Das Gelteil ist in der
vorderen Öffnung und der hinteren Öffnung angeordnet
und deckt das konkave Teil des Sensorchips ab. Das konkave Teil des
Sensorchips nimmt den Druck des Druckmediums über das Gelteil
auf, wobei das Druckmedium in den Druckeinlassanschluss eingeführt
wird. Das Sensierungsteil des Sensorchips erkennt den Druck des
Druckmediums.
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Bei
dem obigen Drucksensor hat das Keramiksubstrat eine gleichförmige
stabile Oberfläche. An besagter Oberfläche oder
Fläche des Keramiksubstrates haften sich im Wesentlichen
keine Luftbläschen an, bevor das Gelteil in den Öffnungen
ange ordnet wird. Das Eindringen von Luftbläschen in das
Gelteil kann somit verhindert werden. Das Gelteil kann daran gehindert
werden, sich abzulösen oder abzuschälen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Drucksensor zur Erkennung
eines Drucks eines Mediums geschaffen, wobei der Drucksensor aufweist:
einen Gehäusekörper in Kastenform mit einem ersten
Druckeinlassanschluss und einem zweiten Druckeinlassanschluss zum
Zuführen des Druckmediums; eine Mehrzahl von Sensorchips
mit: einem ersten Sensorchip in Plattenform mit einer ersten oberen
Fläche und einer ersten Bodenfläche gegenüber
der ersten oberen Fläche, wobei der erste Sensorchip weiterhin
ein erstes Sensierungsteil an der ersten oberen Fläche
des ersten Sensorchips und ein erstes konkaves Teil an der ersten
Bodenfläche des ersten Sensorchips aufweist und wobei das
erste konkave Teil einen ersten konkaven Abschnitt hat; und einem
zweiten Sensorchip in Plattenform mit einer zweiten oberen Fläche
und einer zweiten Bodenfläche gegenüber der zweiten
oberen Fläche, wobei der zweite Sensorchip weiterhin ein
zweites Sensierungsteil an der zweiten oberen Fläche des
zweiten Sensorchips und ein zweites konkaves Teil an der zweiten
Bodenfläche des zweiten Sensorchips aufweist und wobei
das zweite konkave Teil einen zweiten konkaven Abschnitt hat; ein
Keramiksubstrat in Plattenform mit einer vorderen Fläche
und einer hinteren Fläche gegenüber der vorderen
Fläche, wobei das Keramiksubstrat weiterhin eine Mehrzahl
von Öffnungspaaren enthält, wobei die Mehrzahl
von Öffnungspaaren aufweist: ein erstes Öffnungspaar
mit einer ersten vorderen Öffnung an der vorderen Fläche
des Keramiksubstrat und einer ersten hinteren Öffnung an
der hinteren Fläche des Keramiksubstrats, wobei die erste
vordere Öffnung räumlich über das Keramiksubstrat
hinweg mit der ersten hinteren Öffnung verbunden ist; ein
zweites Öffnungspaar mit einer zweiten vorderen Öffnung
an der vorderen Fläche des Keramiksubstrat und einer zweiten
hinteren Öffnung an der hinteren Fläche des Keramiksubstrats,
wobei die zweite vordere Öffnung räumlich über das
Keramiksubstrat hinweg mit der zweiten hinteren Öffnung
verbunden ist; ein Gelteil; und einen Schaltkreischip, wobei der
erste Sensorchip an der vorderen Fläche des Keramiksubstrats
so angeordnet ist, dass das erste konkave Teil des ersten Sensorchips an
der ersten vorderen Öffnung liegt, der zweite Sensorchip
an der vorderen Fläche des Keramiksubstrats so angeordnet
ist, dass das zweite konkave Teil des zweiten Sensorchips an der
zweiten vorderen Öffnung liegt, der Gehäusekörper
das Keramiksubstrat so aufnimmt, dass die erste hintere Öffnung
des Keramiksubstrats mit dem ersten Druckeinlassanschluss verbunden
ist und die zweite hintere Öffnung des Keramiksubstrats
mit dem zweiten Druckeinlassanschluss verbunden ist, das Gelteil
in der ersten vorderen Öffnung, der zweiten vorderen Öffnung,
der ersten hinteren Öffnung und der zweiten hinteren Öffnung
angeordnet ist und das erste konkave Teil des ersten Sensorchips
und das zweite konkave Teil des zweiten Sensorchips abdeckt, der
Schaltkreischip elektrisch mit dem ersten Sensorchip und dem zweitem
Sensorchip verbunden ist, das erste konkave Teil des ersten Senorchips
Druck von dem Druckmedium über das Gelteil aufnimmt, wobei
das Druckmedium in den ersten Druckeinlassanschluss eingebracht wird,
das erste Sensierungsteil des ersten Sensorchips den Druck des Druckmediums
erkennt, wobei das Druckmedium in den ersten Druckeinlassanschluss
eingebracht wird, das zweite konkave Teil des zweiten Sensorchips
den Druck von dem Druckmedium über das Gelteil aufnimmt,
wobei das Druckmedium in den zweiten Druckeinlassanschluss eingebracht
wird, das zweite Sensierungsteil des zweiten Sensorchips den Druck
des Druckmediums erkennt, wobei das Druckmedium in den zweiten Druckablassanschluss
eingebracht wird, der Schaltkreischip eine Druckdifferenz zwischen
dem vom ersten Sensorchip erkannten Druck und dem vom zweiten Sensorchip
erkannten Druck berechnet, und die Anzahl der Mehrzahl von Paaren
von Öffnungen der Anzahl der Mehrzahl von Sensorchips entspricht.
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Bei
dem obigen Drucksensor hat das Keramiksubstrat eine gleichförmige
stabile Fläche oder Oberfläche. An besagter Fläche
des Keramiksubstrats haftet (haften) sich im Wesentlichen kein(e)
Luftbläschen an, bevor das Gelteil in den Öffnungen
angeordnet wird und an den Sensorchips angeordnet wird. Das Eindringen
eines oder mehrerer Luftbläschen in das Gelteil kann verhindert
werden. Das Gelteil kann vor einem Ablösen geschützt
werden und die Erkennungscharakteristik des Drucksensors wird verbessert.
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Weitere
Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung.
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Es
zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Drucksensors gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2A eine
Draufsicht auf einen Drucksensor mit abgenommenem Deckelteil;
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2B eine
Schnittdarstellung durch den Drucksensor entlang Linie IIB-IIB in 2A;
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3 eine
Schnittdarstellung eines Drucksensors nach dem Stand der Technik;
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4 in
einer Graphik eine Beziehung zwischen einem Verhältnis ϕ/t
einer Bohrungsgröße zu einer Bohrungslänge
und einer Krümmungsrate einer Temperaturcharakteristik
beim Stand der Technik; und
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5 eine
graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Gelhärte
und einer Abweichung vor und nach dem Eindringen von Gel beim Stand
der Technik.
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<1.
Ausführungsform>
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Ein
Drucksensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform
kann beispielsweise in einem Dieselpartikelfiltersystem (DPF-System)
verwendet werden, das von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenes
Abgas reinigt. Der Drucksensor kann verwendet werden, um eine Druckdifferenz
des Abgases vorderhalb und hinterhalb des DPF zu erkennen und der Drucksensor
kann verwendet werden, das Auftreten eines Zusetzens des DPF zu überprüfen.
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Der
Drucksensor enthält einen Gehäusekörper 10 und
ein Deckelteil 20, wie beispielsweise in 1 gezeigt.
Der Gehäusekörper 10 hat Schachtel- oder
Kastenform und das Deckelteil 20 dient als Deckel für
den Gehäusekörper 10. Der Gehäusekörper 10 oder
das Deckelteil 20 können durch ein Gießverfahren
hergestellt werden. Als Material für den Gehäusekörper 10 und
das Deckelteil 20 kommt beispielsweise ein Kunstharz oder
Kunststoff wie Polyphenylsulfid (PPS) Polybutylenterephthalat (PBT), Epoxyharz
oder dergleichen in Frage.
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Der
Gehäusekörper 10 enthält einen
ersten Druckeinlassanschluss 11 und einen zweiten Druckeinlassanschluss 12.
Der erste Druckeinlassanschluss 11 und der zweite Druckeinlassanschluss 12 sind
an einer hinteren Fläche des Gehäusekörpers 10 (1:
Unterseite) angeordnet. Jeder Anschluss 11 bzw. 12 hat
einen Innenraum, der mit einem Innenraum des Gehäusekörpers 10 in
Verbindung steht. Von den Anschlüssen 11 und 12 liegt
einer an einer stromaufwärtigen Seite des DPF und einer
liegt an einer stromabwärtigen Seite des DPF.
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Der
Gehäusekörper 10 enthält ein
Verbindungs- oder Steckerteil 13 an einer Seitenfläche
des Gehäusekörpers 10. Das Verbindungsteil 13 hat
einen konkaven Abschnitt. Das Verbindungsteil 13 gibt ein
Signal nach außen ab, wobei das Signal Informationen bezüglich
eines Druckwertes enthält, der vom Drucksensor 1 erkannt wird.
Das Verbindungsteil 13 wird elektrisch beispielsweise mit
einem externen Schaltkreis, beispielsweise einer elektronischen Steuereinheit
oder einer externen Motorsteuereinheit verbunden, von denen jede
als ECU bezeichenbar ist, wobei die Verbindung über einen
Kabelbaum erfolgt (in der Zeichnung nicht dargestellt).
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Wie
aus 2A hervorgeht, ist in dem Gehäusekörper 10 ein
Keramiksubstrat 30 angeordnet. Als Material für
das Keramiksubstrat 30 kommt beispielsweise Aluminiumoxid
in Frage. Das Keramiksubstrat 30 aus beispielsweise Aluminiumoxid
hat höhere Festigkeit als eine bedruckte Platine aus einem
Kunstharz und hat eine geringere thermische Alterungseigenschaft
als eine herkömmliche Platine. Ein erster Sensorchip 41,
ein zweiter Sensorchip 42 und ein Schaltkreis- oder Schaltungschip 50 liegen auf
einer vorderen Fläche des Keramiksubstrats 31, wobei
diese vordere Fläche zum Deckelteil 20 weist. Der
Schaltkreischip 50 ist zwischen dem ersten Sensorchip 41 und
dem zweiten Sensorchip 42 angeordnet. Der Schaltkreischip 50 ist
mit dem ersten Sensorchip 41 und dem zweiten Sensorchip 42 über
einen oder mehrere erste Bondierdrähte 61 elektrisch verbunden.
Jeder Chip 41 und 42 erkennt einen Druck eines
Druckmediums und gibt ein elektrisches Signal aus, dessen Wert oder
Pegel dem erkannten Druckwert zugeordnet ist. Jeder Chip 41, 42 verwendet
zur Druckerkennung beispielsweise einen piezoresistiven Effekt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform haben der erste und
der zweite Sensorchip 41 und 42 ein Sensierungsteil
zur Erkennung einer Spannung. Genauer gesagt, jeder Chip 41 und 42 enthält
eine Membran und ein Sensierungsteil. Jede Membran ist ein Dehnmessteil.
Jedes Sensierungsteil hat einen auf der Membran angeordneten Brückenschaltkreis.
Das Sensierungsteil enthält beispielsweise einen diffundierten
Widerstand. Jede Größe des ersten Sensorchips 41 und
des zweiten Sensorchips 42 liegt bei der vorliegenden Ausführungsform
bei beispielsweise 3,0 mm im Quadrat.
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Der
Schaltkreischip 50 enthält einen Steuerschaltkreis
etc.. Funktionen des Schaltkreischips 50 umfassen die Ausgabe
eines Treibersignals an jeden Chip 41, 42, die
Ausgabe eines Erkennungssignals nach außen und die Ausgabe
eines Signals nach Durchführung einer arithmetischen Berechnung
und eines Verstärkungsvorgangs. Der oben beschriebene Schaltkreischip 50 kann
ein Siliziumsubstrat enthalten, auf dem unter Verwendung eines Halbleiterherstellungsprozesses
einer oder mehrere CMOS-Transistoren und/oder einer oder mehrere
bipolare Transistoren ausgebildet oder angeordnet sind. Alternativ
kann der Schaltkreischip 50 ein IC-Chip sein. Weiterhin
kann der Schaltkreischip 50 eine Schaltung mit einem Flip-Chip
etc. sein.
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Das
Verbindungsteil 13 und ein Anschluss 14 sind mittels
Einsetzgießen an bzw. in dem Gehäusekörper 10 ausgebildet.
Eine Seite des Anschlusses 14 liegt zum Innenraum des Gehäusekörpers 10 frei und
ist elektrisch mit einem oder mehreren zweiten Bondierdrähten 62 und
dem Schaltkreischip 50 verbunden. Die andere Seite des
Anschlusses 14 steht in das Innere des Steckers/der Buchse/des
Verbinderteils 13 vor. Der Anschluss 14 ist somit
mit einem externen Schaltkreis, beispielsweise der ECU elektrisch
verbunden, wenn das Verbinderteil 13 mit einem externen
Verbinder (Buchse, Stecker oder dergleichen) verbunden wird. In
der vorliegenden Ausführungsform sind durch das Einsetzgießen
vier Anschlüsse im Gehäusekörper 10 ausgebildet.
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Das
Keramiksubstrat 30 liegt in dem Innenraum des Gehäusekörpers 10 unter
Verwendung eines ersten Klebteils 71, wie in 2B gezeigt.
Ein Ende eines jeden Anschlusses 11 bzw. 12 ist
von dem Keramiksubstrat 30 bedeckt. Der Innenraum des Anschlusses 11 ist
vom Innenraum des Anschlusses 12 getrennt, so lange nicht
ein Raum außerhalb des Drucksensors mit in Betracht gezogen wird.
Druckmedien werden von der stromaufwärtigen Seite und der
stromabwärtigen Seite des DPF dem freien Ende des Anschlusses 11 bzw. 12 zugeführt.
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Im
Gehäusekörper 10 ist das erste Klebteil 71 den
korrosiven Abgasen ausgesetzt, das in den Innenraum eines jeden
Anschlusses 11 bzw. 12 gelangt. Aus diesem Grund
ist das Material des ersten Klebteils 71 beispielsweise
ein Fluorkunststoff oder Fluorsilikon mit ausreichender Beständigkeit
gegenüber dem korrosiven Abgas.
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Die
Vorderfläche des Keramiksubstrats hat eine erste Öffnung 31 und
eine zweite Öffnung 32, wo gemäß 2B die
Chips 41 und 42 zu liegen kommen. Der Durchmesser
einer jeden Öffnung 31 bzw. 32 ist geringer
als die Größe eines jeden Chips 41 bzw. 42.
Die Durchmesser der ersten Öffnung 31 und der
zweiten Öffnung 32 liegen beispielsweise in einem
Bereich zwischen 1 mm und 2 mm. Die Tiefen der ersten Öffnung 31 und
der zweiten Öffnung 32 liegen beispielsweise in
einem Bereich zwischen 0,5 mm und 0,8 mm. Eine hintere Fläche
des Keramiksubstrats hat eine dritte Öffnung 33 und
eine vierte Öffnung 34. Die hintere Fläche
des Keramiksubstrats 30 liegt vorderen Fläche
des Keramiksubstrats 30 gegenüber. Die dritte Öffnung 33 bzw.
die vierte Öffnung 34 sind mit der ersten Öffnung 31 bzw.
der zweiten Öffnung 32 in Verbindung. Die Durchmesser
der dritten Öffnung 33 und der vierten Öffnung 34 sind
größer als die Durchmesser der ersten Öffnung 31 und der
zweiten Öffnung 32. Da das Keramiksubstrat 30 wenigstens
zwei Öffnungen, beispielsweise die Öffnungen 31 bis 34 hat,
hat das Keramiksubstrat 30 wenigstens ei nen Durchlass,
der das Substrat 30 beispielsweise in Dickenrichtung durchsetzt.
Die Öffnung 31 bzw. 32, die an der Vorderfläche
liegt, kann auch als vordere Öffnung 31 bzw. 32 bezeichnet
werden. Die Öffnung 33 bzw. 34, die an
der hinteren Fläche liegt, kann auch als hintere Öffnung 33 bzw. 34 bezeichnet
werden. Der erste Sensorchip 41 enthält eine erste
obere Fläche und eine erste Bodenfläche. Der zweite
Sensorchip 42 enthält eine zweite obere Fläche
und eine zweite Bodenfläche. Die Bodenfläche eines
jeden Chips 41 und 42 hat konkave Form. Der erste
Sensorchip 41 und der zweite Sensorchip 42 enthalten
eine erste Membran 41a bzw. eine zweite Membran 42a.
Die erste Membran 41a und die zweite Membran 42a liegen
jeweils auf einer oberen Fläche eines jeden Chips 41 bzw. 42.
Die Membranen 41a und 42a sind dünnwandige
Dehnmessteile. Der erste Sensorchip 41 bzw. der zweite
Sensorchip 42 enthalten ein erstes konkaves Teil 41b bzw.
ein zweites konkaves Teil 42b. Das erste konkave Teil 41b und
das zweite konkave Teil 42b liegen an der ersten Bodenfläche
bzw. der zweiten Bodenfläche. Das erste konkave Teil 41b und
das zweite konkave Teil 42b haben jeweils einen konkaven
Abschnitt. Die Teile 41b und 42b werden durch
ein anisotropes Ätzen gebildet, so dass die Membranen 41a und 42a an der
oberen Fläche der Chips 41 und 42 zu
liegen kommen. Mit anderen Worten, jeder Chip 41 und 42 hat
ein konkaves Teil, das an jeder Bodenfläche des Chips 41 und 42 liegt
und jeder Chip 41 und 42 hat eine Membran, die
an jeder oberen Fläche des Chips 41 und 42 liegt.
Jede Membran 41a und 42a ist ein Dehnmessteil,
das jedem konkaven Teil 41b und 42b zugeordnet
ist. Die Membranen 41a und 42a werden nachfolgend
auch als Sensierungsteil 41a und 42a bezeichnet.
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Der
erste Sensorchip 41 und der zweite Sensorchip 42 liegen
auf dem Keramiksubstrat 30 derart, das die Teile 41b und 42b den Öffnungen 31 und 32 gegenüber
liegen. Da die Chips 41 und 42 auf dem Keramiksubstrat 30 angeordnet
sind, liegt die Bodenfläche eines jeden Chips 41 und 42 gegenüber
dem Druckmedium frei. Der Sensor 1 kann auch in einer aggressiven
Umgebung verwendet werden. Wenn beispielsweise der Drucksensor 1 für
einen DPF verwendet wird, ist die Bodenfläche eines jeden
Chips 41 und 42 dem Abgas ausgesetzt, das korrosiv
ist. Aus obigem Grund liegen Schaltkreise oder dergleichen nicht
an den Bodenflächen der Chips 41 und 42.
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Weiterhin
ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Gelteil 80 in
den Öffnungen 31 und 32 und den Öffnungen 33 und 34 angeordnet
und das Gelteil 80 deckt die Bodenfläche eines
jeden Chips 41 und 42 ab. Als Material für
das Gelteil 80 kann beispielsweise eine Fluorverbindung,
Fluorsilikon etc. verwendet werden, das gegenüber dem korrosiven Abgas
beständig ist. Das Gelteil 80 kann die Bodenfläche
eines jeden Chips 41 und 42 schützen.
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In
einem Öffnungsbereich des Gehäusekörpers 10 ist
eine Vertiefung 15 ausgebildet. Ein zweites Klebteil 72 ist
in die Vertiefung 15 eingebracht. Hierdurch wird der Gehäusekörper 10 mit
dem Deckelteil 20 verbunden.
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An
einer Fläche des Deckelteils 20, die in Richtung
Gehäusekörper 10 weist, ist ein vorstehendes
Teil 21 angeordnet oder ausgebildet. Wenn das Deckelteil 20 mit
dem Gehäusekörper 10 zusammengefügt
ist, verhindert das vorstehende Teil 21, dass sich das
Keramiksubstrat 30 vom Gehäusekörper 10 löst,
wenn über hoher Druck auf das Keramiksubstrat 30 wirkt.
Das Teil 21 verhindert somit ein aufschwimmen des Keramiksubstrats.
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Ein
Beispiel für ein Herstellungsverfahren des Drucksensors
wird nachfolgend erläutert. Das Keramiksubstrat 30 in
Plattenform, die Chips 41 und 42 als Sensierungsbauteile,
der Schaltkreischip 50, das Deckelteil 20 mit
dem Schutzteil 21 und der Gehäusekörper 10 werden
bereitgestellt. Der Gehäusekörper 10 mit
dem Verbinderteil 13, dem ersten Druckeinlassanschluss 11,
dem zweiten Druckeinlassanschluss 12 und dem Anschluss 14,
die durch Einsetzgießen angebracht werden, wird bereitgestellt. Der
Gehäusekörper 10 wird somit beispielsweise durch
Spritzgießen in Kombination mit Einsetzgießen hergestellt.
Die erste Öffnung 31 und die zweite Öffnung 32 werden
auf der oberen Fläche des Keramiksubstrats 30 ausgebildet,
wobei die erste Öffnung 31 und die zweite Öffnung 32 kleiner
als der erste Sensorchip 41 und der zweite Sensorchip 42 sind.
Die dritte Öffnung 33 und die vierte Öffnung 34 werden nur
an der rückwärtigen Fläche des Keramiksubstrats
ausgebildet. Die Öffnungen 33 und 34 stehen
in Verbindung mit den Öffnung 31 und 32.
Hierbei sind die Öffnungen 33 und 34 größer
als die Öffnungen 31 und 32.
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Der
erste Sensorchip 41, der zweite Sensorchip 42 und
der Schaltkreischip 50 werden an der vorderen Fläche
des Keramiksubstrats 30 so befestigt und angebondet, dass
die konkaven Bodenflächen der Chips 41 und 42 zu
den Öffnungen 31 und 32 weisen. Weiterhin
wird der Schaltkreischip 50 zwischen den ersten Sensorchip 41 und
den zweiten Sensorchip 42 gesetzt.
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Der
Schaltkreischip 50 wird mit jedem Typ 41 und 42 durch
eine Drahtbondierung verbunden. Jeder der Chips 41 und 42 steht
mit dem Schaltkreischip 50 durch einen oder mehrere Bondierungsdrähte 63 elektrisch
in Verbindung. Das Gelteil 60 wird in den Öffnungen 31 bis 34 angeordnet
und deckt den konkaven Abschnitt der Bodenfläche eines jeden
Chips 41 und 42 ab. Als Material für
das Gelteil 80 wird bevorzugt ein fluorhaltiger Werkstoff
(z. B, Fluorsilikon) verwendet. Beispielsweise Fluorsilikon hat
Beständigkeit gegenüber dem korrosiven Abgas. Nach
dem Anbringen des Gelteils 80 werden die Charakteristika
der Chips 41 und 42 eingestellt. Dann wird das
Keramiksubstrat 30 über das erste Klebteil 71 am
Gehäusekörper 10 befestigt. Als Material
für das erste Klebteil 71 wird wiederum ein fluorhaltiger Werkstoff
zum Beispiel Fluorsilikon verwendet. Beispielsweise das Fluorsilikon
hat Beständigkeit gegenüber dem korrosiven Abgas.
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Ein
Ende des Anschlusses wird mittels einer Drahtbondierung mit dem
Schaltkreischip 50 verbunden und das andere Ende steht
in den Innenraum des Gehäusekörpers 10 vor.
Der Anschluss 14 wird über einen oder mehrere
zweite Bondierdrähte 62 elektrisch mit dem Schaltkreischip 50 verbunden.
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Das
zweite Klebteil 72 wird in die Vertiefung 15 des
Gehäusekörpers 15 gefüllt. Der
Gehäusekörper 10 wird über das
zweite Klebteil 72 mit dem Deckelteil 20 zusammengefügt,
indem der frei umlaufende Rand des Deckelteils 20 in die
Vertiefung 15 eingesetzt wird. Auf diese Weise wird der
Sensor 1 fertig gestellt.
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Ein
Verfahren zur Druckerkennung wird nachfolgend erläutert.
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Wenn
der beschriebene Drucksensor 1 in einem DPF-System eingesetzt
wird, steht einer der Anschlüsse 11 und 12 mit
einer Abgasleitung an der stromaufwärtigen Seite des DPS
in Verbindung und der andere hiervon steht mit einer weiteren Abgasleitung
in Verbindung, die an der stromabwärtigen Seite des DPS
liegt. Die an der stromaufwärtigen Seite bzw. stromabwärtigen
Seite des DPF vorhandenen Druckmedien werden entsprechend den Anschlüssen 11 bzw. 12 zugeführt.
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Das
Sensierungsteil eines jeden Chips 41, 42 erkennt
den Druck des Druckmediums über das Gelteil 80.
Ein Spannungssignal mit einer Information bezüglich dieses
erkannten Drucks wird dem Schaltkreischip 50 ausgegeben.
Die Öffnungen 33 und 34 haben größere
Aufnahmeflächen als die Öffnungen 31 und 32.
Wenn somit ein Fremdkörper, der in das Innere des Anschlusses 11 oder 12 eindringt,
sich am Gelteil 80 anheftet, wird der Einfluss dieses Fremdkörpers
auf die Druckübertragung verringert. Somit stört
ein Fremdkörper die Druckerkennung im Wesentlichen nicht.
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Der
Schaltkreischip 50 führt einen arithmetischen
Vorgang, beispielsweise eine Differenzdruckberechnung und einen
Verstärkungsvorgang anhand der Spannungssignale von den
Chips 41 und 42 durch. Der Schaltkreischip 50 gibt
ein Differenzdrucksignal über den Anschluss 40 an
die ECU aus, wobei die ECU das DPF-System steuert. Auf oben beschriebene
Weise wird die Druckdifferenz der Druckmedien von der stromaufwärtigen
und stromabwärtigen Seite gemessen. Wenn zu starker Druck
auf das Keramiksubstrat 30 wirkt, verhindert das vorstehende
Teil 21, dass sich das Keramiksubstrat 30 vom Gehäusekörper 10 löst.
Das vorstehende Teil 21 liegt an einem Abschnitt des Deckelteils,
wobei dieser Abschnitt in Richtung eines Umfangs des Keramiksubstrats 30 weist.
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Der
Drucksensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform
umfass unter anderem die folgenden Merkmale:
Die Sensorchips 41 und 42 liegen
auf dem Keramiksubstrat 30. Das Gelteil 80 ist
an den Öffnungen 31 bis 34 angeordnet,
um die Bodenflächen der ersten und zweiten Sensorchips 41 und 42 zu
schützen.
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Das
Keramiksubstrat 30 hat eine gleichförmige (ebene,
glatte) stabile Oberfläche. Dem gegenüber kann
das Kunststoff- oder Kunstharzgehäuse nach dem Stand der
Technik aufgrund eines Füllstoffs, beispielsweise Glas,
und aufgrund der Ausbildung des Gehäuses 93 eine
raue Oberfläche haben. Bei der vorliegenden Ausführungsform
haftet im Wesentlichen keine Luft in Bläschenform an der
Oberfläche des Keramiksubstrats 30 an, bevor das
Gelteil 80 in die Öffnungen 31 bis 34 eingebracht
wird. Somit ist es möglich, zu verhindern, dass Luftblasen
oder Luftbläschen in das Gelteil 80 eindringen,
wenn das Gelteil 80 in den Öffnungen 31 bis 34 liegt.
Im Ergebnis kann u. a. das Problem beseitigt werden, dass Luftbläschen
die Druckübertragung behindern und Luftbläschen
die Sensorcharakteristika verschlechtern. Das Keramiksubstrat 30 kann
aus einem wärmebehandelten Material gebildet werden.
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Weiterhin
har das Keramiksubstrat 30 hohe Festigkeit und geringere
thermische Alterungseigenschaft im Vergleich zu Kunstharz oder Kunststoff.
Es ist möglich, die Dicke der Öffnungen 31 und 32 zu verringern
und die einzubringende Menge an Gel für das Gelteil 80 zu
verringern. Damit werden die Sensoreigenschaften verbessert.
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Ein
thermischer Ausdehnungskoeffizient oder ein thermisches Ausdehnungsvolumen
des Keramiksubstrats 30 ist ähnlich demjenigen
der Chips 41 und 42. Da Dehnungsbelastungen oder
andere Belastungen aufgrund eines unterschiedlichen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten oder thermischen Ausdehnungsvolumens zwischen
dem Keramiksubstrat 30 und dem Chips 41 und 42 bewirken, dass
sich das Gelteil 80 von dem Keramiksubstrat 30 löst,
wird bei der vorliegenden Ausführungsform verhindert, dass
sich das Gelteil 80 ablöst. Da verhindert wird,
dass sich das Gelteil 80 ablöst, wird das Druckmedium,
beispielsweise ein stark korrosives Abgas, daran gehindert, in einen
Raum zwischen dem Gelteil 80 und dem Keramiksubstrat einzudringen.
Folglich wird eine Zersetzung des Gelteils 80 und/oder
des Keramiksubstrats 30 verhindert.
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Der
Drucksensor nach dem Stand der Technik enthält die Glasbasis 91,
um den Einfluss eines unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
zu unterdrücken, wie beispielsweise in 3 gezeigt.
Der Drucksensor 1 gemäß der erfindungsgemäßen
Ausführungsform benötigt nicht immer ein Substrat
wie die Glasbasis 91, da der Drucksensor 1 kein
Problem hat, das von einem unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
zwischen Keramiksubstrat 30 und den Chips 41 und 42 ausgeht.
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Weiterhin
kann beim Drucksensor nach dem Stand der Technik, wie beipielsweise
in 3 gezeigt, das Gelteil 95 nicht angebracht
werden, solange nicht der Sensorchip 92 über die
Glasbasis 91 am Gehäuse 93 angebracht
ist. Beim Stand der Technik können weiterhin die Charakteristika
des Sensorchips 92 nicht eingestellt werden, solange nicht
der Sensorchip 92 am Gehäuse 93 angebracht
ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform können
jedoch der erste Sensorchip 41 und der zweite Sensorchip 42 direkt
am Keramiksubstrat 30 angeordnet werden und das Gelteil 80 kann
direkt angeordnet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform
müssen die Chips 41 und 42 nicht direkt
am Gehäusekörper 10 angebracht werden.
Die Charakteristikeinstellung der Chips 41 und 42 und
die elektrische Behandlung der Chips 41 und 42 kann
bei der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung des
Keramiksubstrats 30 durchgeführt werden. Das Keramiksubstrat 30 kann
kleiner als der Gehäusekörper 10 sein.
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Eine
der Funktionen des Keramiksubstrats 30 ist, eine Anordnungsstelle
für die Chips 41 und 42 und für
die Anbringung des Gelteils 80 zu schaffen. Da kein Schaltkreis
auf das Keramiksubstrat 30 aufgedruckt werden muss, können
die Herstellungskosten verringert werden. Derartige gedruckte Leiterbahnen
oder dergleichen müssen verwendet werden, wenn ein Hybridsubstrat
verwendet wird.
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(Andere Ausführungsform)
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In
der ersten beschriebenen Ausführungsform wurde unter Verwendung
wenigstens zweier Chips 41 und 42 eine Druckdifferenz
gemessen. Der Drucksensor kann jedoch auch nur einen Sensorchip zur
Messung eines Absolutdrucks enthalten.
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In
der ersten Ausführungsform sind die Chips 41 und 42 indirekt
auf dem Keramikstrubstrat 30 angeordnet. Die Chips 41 und 42 können
jedoch unter Zwischenschaltung eines Glassubstrats auf dem Keramiksubstrat 30 angeordnet
werden.
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In
der ersten Ausführungsform sind die Durchmesser der Öffnungen 31 und 32 kleiner
als die Durchmesser der Öffnungen 33 und 34.
Die Durchmesser der Öffnungen 31 und 32 können
jedoch auch gleich oder größer als die Durchmesser
der Öffnungen 32 und 34 sein.
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Bei
der ersten Ausführungsform wird der Drucksensor 1 bei
einem DPF-System zur Erkennung des Druckdifferenzials von Druckmedien
verwendet, die an der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen
Seite eines DPF-Systems vorliegen. Alternativ kann der Drucksensor 1 auch
bei einer anderen Vorrichtung zur Erkennung von Differenzialdrucken
von Gasen oder Fluiden oder dem Absolutdruck von Gas oder Fluiden
verwendet werden.
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In
der ersten Ausführungsform ist das vorstehende Teil 21 an
einem Abschnitt des Deckelteils 20 vorhanden, der in Richtung
eines Umfangs der Keramiksubstrats 30 weist. Das vorstehende
Teil 21 kann jedoch auch an einer Stelle des Deckelteils 20 vorhanden
sein, welche in Richtung eines anderen Teils und nicht in Richtung
des Umfangs des Keramiksubstrats 30 weist.
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Die
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf Ausführungsformen
hiervon beschrieben, es versteht sich jedoch, dass die Erfindung
nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen bzw. deren
Aufbauten beschränkt ist. Die Erfindung soll vielmehr verschiedene
Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abdecken. Zusätzlich
zu den Kombinationen und Ausgestaltungen, welche momentan als bevorzugt erachtet
werden, sind auch anderer Kombinationen und Ausgestaltungen möglich,
die mehr, weniger oder nur ein einzelnes der beschriebenen Elemente enthalten
und welche ebenfalls im Rahmen und Umfang der vorliegenden Erfindung
liegen, wie durch die beigefügten Ansprüche und
deren Äquivalente definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2002-221462 [0003]
- - US 6651508 [0003]