DE4210818C2 - Evaluation circuit for a sensor, in particular for a piezoresistive pressure sensor - Google Patents

Evaluation circuit for a sensor, in particular for a piezoresistive pressure sensor

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DE4210818C2 DE19924210818 DE4210818A DE4210818C2 DE 4210818 C2 DE4210818 C2 DE 4210818C2 DE 19924210818 DE19924210818 DE 19924210818 DE 4210818 A DE4210818 A DE 4210818A DE 4210818 C2 DE4210818 C2 DE 4210818C2
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    • G01L9/02Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
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Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Auswerteschaltung für einen Sensor, insbesondere für einen piezoresistiven Drucksensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Drucksensoren werden beispielsweise ein­ gesetzt, um den Druck im Brennraum einer Brennkraftmaschine zu mes­ sen, sie umfassen üblicherweise eine aus piezoresistiven Widerstän­ den bestehende Brückenschaltung, wobei einer oder zwei der Wider­ stände der Brückenschaltung dem zu messenden Druck ausgesetzt werden und infolge dieses Druckes eine Widerstandsänderung erfahren.The invention is based on an evaluation circuit for a sensor, especially for a piezoresistive pressure sensor of the type of the main claim. Such pressure sensors become, for example set to measure the pressure in the combustion chamber of an internal combustion engine sen, they usually include one made of piezoresistive resistors the existing bridge circuit, with one or two of the cons the bridge circuit are exposed to the pressure to be measured and experience a change in resistance due to this pressure.

Eine solche Auswerteschaltung für einen Drucksensor ist beispiels­ weise aus der DE 36 12 810 A1 bekannt. Da die Brückenspannungsdif­ ferenz, die sich in Abhängigkeit vom zu messenden Druck einstellt, normalerweise nur sehr gering ist, ist es erforderlich, sie in einer nachfolgenden Verstärkereinrichtung soweit zu verstärken, daß eine sinnvolle Auswertung möglich ist. Bei der bekannten Auswerteschal­ tung wird dazu die Brückenspannung in einem ersten Verstärker unter Verwendung eines Rückkoppelwiderstandes verstärkt. Damit bei der bekannten Auswerteschaltung keine Probleme mit der Langzeitstabilität sowie der Temperaturstabilität auftreten, ist es erforderlich, in einer nachfolgenden, sehr aufwendigen Auswerteschaltung Kompensa­ tionsmaßnahmen, insbesondere Temperaturkompensationsmaßnahmen vor­ zusehen.Such an evaluation circuit for a pressure sensor is an example as known from DE 36 12 810 A1. Since the bridge voltage dif reference, which arises depending on the pressure to be measured, is usually very low, it is necessary to use it in one subsequent amplifier device to the extent that a meaningful evaluation is possible. With the well-known evaluation scarf device is the bridge voltage in a first amplifier Use of a feedback resistor reinforced. So with the known evaluation circuit no problems with long-term stability  as well as the temperature stability, it is necessary in a subsequent, very complex evaluation circuit Kompensa tion measures, in particular temperature compensation measures watching.

Eine weitere Auswerteschaltung für einen piezoresistiven Drucksensor wird in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 40 41 621 A1 vorgeschlagen. Diese Auswerteschaltung ist sehr einfach, sie umfaßt lediglich einen Operationsverstärker mit einem Rückkopplungswider­ stand. Damit diese Auswerteschaltung zuverlässig funktioniert, müs­ sen Widerstände mit sehr guter Langzeitstabilität verwendet werden. Dennoch hat diese Schaltungsanordnung den Nachteil, daß der Gleich­ spannungsarbeitspunkt bei Alterung der Widerstände oder bei Tempera­ turänderung oder Ermüdung der mechanischen Komponenten während der Lebensdauer driftet. Damit wird einerseits die Verwendbarkeit einge­ schränkt und andererseits muß die Verstärkung reduziert werden, so daß ein für die zuverlässige Auswertung im Steuergerät gewünschter großer Signalhub nicht erzielt werden kann.Another evaluation circuit for a piezoresistive pressure sensor is in the as yet unpublished patent application DE 40 41 621 A1 proposed. This evaluation circuit is very simple, it includes just an operational amplifier with a feedback resistor was standing. So that this evaluation circuit works reliably, must resistors with very good long-term stability can be used. Nevertheless, this circuit arrangement has the disadvantage that the same voltage operating point in the event of resistance aging or tempera change or fatigue of the mechanical components during the Life drifts. On the one hand, this makes usability usable limits and on the other hand the gain must be reduced, so that a desired for reliable evaluation in the control unit large signal swing cannot be achieved.

Eine Möglichkeit, den Arbeitspunkt zu stabilisieren wird ebenfalls in der Patentanmeldung DE 40 41 621 A1 vorgeschlagen, dabei soll eine Wechselspannungskopplung eingesetzt werden. Die Wechselspannungs­ kopplung hat jedoch den Nachteil, daß Koppelkondensatoren erforder­ lich sind, die viel Platz benötigen und nicht integrierbar sind. Außerdem ist eine solche Schaltungsanordnung hochohmig und erfordert deshalb CMOS-Technologie. One way to stabilize the working point is also proposed in the patent application DE 40 41 621 A1, a AC coupling can be used. The AC voltage However, coupling has the disadvantage that coupling capacitors are required that require a lot of space and cannot be integrated. In addition, such a circuit arrangement is high-resistance and requires therefore CMOS technology.  

Aus der US 3,646,815 ist eine Auswerteschaltung für einen Silizium-Drucksensor mit wenigstens einem piezoresistiven Widerstand, der dem zu messenden Druck aussetzbar ist, be­ kannt, die u. a. ein nicht lineares Schaltungselement auf­ weist. Die Versorgungsspannung der Brücke und des die Brüc­ kenspannung verstärkenden Operationsverstärkers wird während des Betriebes von einer Steuereinrichtung so geregelt, dass sich der Arbeitspunkt auf ein vorgebbares Niveau einstellt.From US 3,646,815 is an evaluation circuit for one Silicon pressure sensor with at least one piezoresistive Resistance that can be exposed to the pressure to be measured, be knows the u. a. a non-linear circuit element has. The supply voltage of the bridge and the bridge The voltage amplifying operational amplifier is used during the operation of a control device regulated so that the working point adjusts to a predefinable level.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäßen Auswerteschaltungen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs haben gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Schaltungsanordnungen den Vorteil, daß keine Wech­ selspannungskopplungen erforderlich sind und damit alle Vorteile eines Gleichspannungsverstärkers vorliegen, gleichzeitig wird der Nachteil des Gleichspannungsverstärkers beseitigt, daß infolge ir­ gendwelcher Driften oder Alterungserscheinungen der Aussteuerungs­ bereich eingeengt werden muß. Es wird damit ein sehr vorteilhaftes Verhältnis von Nutz- zu Störsignal erzielt.The evaluation circuits according to the invention with the characteristic Features of the main claim have compared to that of the prior art  Technology known circuit arrangements the advantage that no change voltage couplings are required and therefore all advantages of a DC voltage amplifier, at the same time the Disadvantage of the DC amplifier eliminated that due to ir any drifts or signs of aging of the level control area must be narrowed. It will be a very beneficial one Ratio of useful to interference signal achieved.

Diese Vorteile ergeben sich, indem in einem Brückenzweig des Sensors ein nichtlineares Schaltelement, beispielsweise eine Diode, eine Zenerdiode oder eine Referenzdiode eingefügt wird und die Versor­ gungsspannung des Sensors bzw. des nachfolgenden Operationsver­ stärkers während des Betriebs so geregelt wird, daß sich der Ar­ beitspunkt auf ein vorgegebenes Niveau einstellt.These advantages result from placing the sensor in a bridge branch a non-linear switching element, for example a diode, a Zener diode or a reference diode is inserted and the Versor supply voltage of the sensor or the subsequent operation ver Stronger during operation is regulated so that the Ar set the working point to a predetermined level.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Spannungsregelung vom Steuergerät bzw. von der Recheneinrichtung des Steuergerätes selbst gesteuert wird, ein solcher Mehraufwand im Steuergerät ist ohne großen Aufwand zu realisieren. Ein Trimmabgleich ist infolge der vom Steuergerät gesteuerten Spannungsregelung nicht erforderlich, außerdem läßt sich für jeden Sensor eine individuell geregelte Versorgungsspannung ein­ stellen.It is particularly advantageous that the voltage regulation by the control unit or controlled by the computing device of the control unit itself is such an additional effort in the control unit without much effort to realize. A trim adjustment is due to that from the control unit Controlled voltage regulation is not necessary, and can also an individually regulated supply voltage for each sensor put.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, in einem Brückenzweig als nichtlineares Schaltelement eine Konstant­ stromquelle einzusetzen, es ist dann keine zusätzliche Diode im an­ deren Brückenzweig erforderlich.Another advantageous embodiment of the invention consists in a constant in a bridge branch as a non-linear switching element use current source, there is then no additional diode in the on whose bridge branch is required.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Auswerte­ schaltung sind mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen zu erzielen. Dabei kann beispielsweise bei der Messung einer Größe, die zu einem Signal mit Signalpausen führt, die Spannungsregelung diskontinuierlich erfolgen, so daß während der Signalpausen eine Anpassung der Regelung erfolgen kann. Further advantageous refinements of the evaluations according to the invention circuit with the measures listed in the subclaims to achieve. For example, when measuring a size, which leads to a signal with signal pauses, the voltage regulation be carried out discontinuously, so that a during the signal pauses Adjustment of the scheme can take place.  

Zeichnungdrawing

In der Zeichnung ist inIn the drawing is in

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, in Fig. 1 describes a first embodiment of the invention in

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel und in Fig. 2 shows a second embodiment and in

Fig. 3 ist der Verlauf der Spannungen an zwei ausgewählten Punkten der Brückenschaltung in Abhängigkeit von der Versorgungs­ spannung aufgetragen, der sich einstellt, wenn die Brückenschaltung wie in Fig. 3a aufgezeigt, ohne Verstärker betrieben wird. Fig. 3 is the curve of the voltages at two selected points of the bridge circuit plotted as a function of the supply voltage, which arises when the bridge circuit as shown in Fig. 3a is operated without an amplifier.

Fig. 4 zeigt die am Ausgang der Schaltungsanordnungen nach Fig. 1 bzw. 2 auftretende Spannung, die den gemessenen Druckverlauf im Zylinder einer Brennkraftmaschine über der Zeit wiedergibt. FIG. 4 shows the voltage occurring at the output of the circuit arrangements according to FIGS. 1 and 2, which reproduces the measured pressure curve in the cylinder of an internal combustion engine over time.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung bilden die Wi­ derstände R1 bis R4 eine Brückenschaltung, die zwischen den Anschluß A1, an dem die Versorgungsspannung UV liegt und Masse geschaltet ist, wobei zwischen dem Widerstand R4 und Masse noch ein nichtline­ ares Schaltelement, beispielsweise eine Diode, eine Zenerdiode oder eine Referenzdiode geschaltet ist, die pauschal mit D bezeichnet sind.In the circuit arrangement shown in Fig. 1, the Wi resistors R1 to R4 form a bridge circuit which is connected between the terminal A1, to which the supply voltage U V is connected and ground, with a non-linear switching element, for example, between the resistor R4 and ground a diode, a Zener diode or a reference diode is connected, which are generally designated with D.

Die Widerstände R1 und R2 sind piezoresistive Widerstände, der Widerstand R1 wird dem zu messenden Druck ausgesetzt. Der Verbin­ dungspunkt A zwischen den Widerständen R1 und R2 führt auf den in­ vertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP. Im Rückkoppel­ zweig dieses Operationsverstärkers OP liegt ein Widerstand R5, zur Versorgung ist der Operationsverstärker OP zwischen die Versorgungs­ spannung UV und Masse geschaltet. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers OP ist schließlich mit dem Verbindungs­ punkt B zwischen den Widerständen R3 und R4 verbunden. Resistors R1 and R2 are piezoresistive resistors, resistor R1 is exposed to the pressure to be measured. The connection point A between the resistors R1 and R2 leads to the input of an operational amplifier OP. In the feedback branch of this operational amplifier OP there is a resistor R5, for the supply the operational amplifier OP is connected between the supply voltage U V and ground. The non-inverting input of the operational amplifier OP is finally connected to the connection point B between the resistors R3 and R4.

Vom Ausgang des OP führt eine Verbindung zu einem Analog-/Digi­ tal-Wandler ADW und von dort zum Rechner µC.A connection leads from the output of the OP to an analog / digi tal converter ADW and from there to the computer µC.

Der Rechnerausgang wirkt über einen Digital-Analog-Wandler DAW auf den Anschluß A1. Der rechts dargestellte Teil deutet schematisch einige Bestandteile des Steuergerätes SG an.The computer output acts on a digital-to-analog converter DAW the connection A1. The part shown on the right indicates schematically some components of the control unit SG.

Die zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers OP und Masse ab­ greifbare Spannung U ist ein Maß für den herrschenden Druck, sie wird zur weiteren Auswertung letztendlich dem Steuergerät SG zuge­ führt. Sensor und SG sind mit einem dreipoligen Kabel K verbunden.That between the output of the operational amplifier OP and ground tangible voltage U is a measure of the prevailing pressure, she is ultimately sent to the control unit SG for further evaluation leads. Sensor and SG are connected with a three-pole cable K.

Anstelle der in Fig. 1 angegebenen Auswerteschaltung kann auch die in Fig. 2 abgebildete Auswerteschaltung eingesetzt werden. Bei die­ ser Auswerteschaltung entfällt die Diode D nach dem Spannungsteiler R3, R4, der Widerstand R2 wird dafür durch eine Stromquelle SQ er­ setzt, die übrige Verschaltung ist gleich wie bei der Auswerteschal­ tung nach Fig. 1.Instead of the evaluation circuit shown in FIG. 1, the evaluation circuit shown in FIG. 2 can also be used. In this evaluation circuit, the diode D is omitted after the voltage divider R3, R4, the resistor R2 is replaced by a current source SQ, the rest of the connection is the same as in the evaluation circuit according to FIG. 1.

Funktionsweise der SchaltungsanordnungOperation of the circuit arrangement

Zur Druckmessung wird bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 oder 2 die sich zwischen den Punkten A und B einstellende Spannung gemes­ sen und im nachfolgenden Operationsverstärker verstärkt. An dessen Ausgang entsteht dabei die Meßspannung U. Diese Meßspannung U ist abhängig vom Widerstand R1, der sich in Abhängigkeit von dem auf ihm wirkenden Druck p ändert. Damit ist die Meßspannung U ein Maß für den am Widerstand R1 herrschenden Druck p.For pressure measurement, the voltage between points A and B is measured in the circuit arrangement according to FIG. 1 or 2 and amplified in the subsequent operational amplifier. The measuring voltage U arises at its output. This measuring voltage U depends on the resistance R1, which changes depending on the pressure p acting on it. The measuring voltage U is thus a measure of the pressure p prevailing at the resistor R1.

Wird die Spannung UV verändert, beispielsweise durch Beeinflussung eines vom Steuergerät SG angesteuerten Digital-Analog-Wandler DAW, ändern sich die Spannungsteilerverhältnisse bzw. die Spannungen an A und B (UA, UB) nicht im gleichen Verhältnis. Am Punkt B entsteht ein kleinerer Spannungshub als an Punkt A. Diese Verhältnisse werden in geeigneter Weise ausgenutzt.If the voltage U V is changed, for example by influencing a digital-to-analog converter DAW controlled by the control unit SG, the voltage divider ratios or the voltages at A and B (U A , U B ) do not change in the same ratio. At point B there is a smaller voltage swing than at point A. These conditions are used in a suitable manner.

Die Verhältnisse bzw. die Zusammenhänge zwischen der Spannung UA, UB und UV sind in Fig. 3 für den Fall, daß wie in Fig. 3a kein Operationsverstärker angeschlossen ist, dargestellt.The relationships or the relationships between the voltage U A , U B and U V are shown in FIG. 3 for the case in which, as in FIG. 3a, no operational amplifier is connected.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß sich die Spannung UA in Abhängig­ keit von der Versorgungsspannung UV linear ändert, während die Spannung UB sich in Abhängigkeit von der Spannung UV nicht linear ändert, sondern zunächst bei kleinen Versorgungsspannungen UB nur wenig ansteigt und oberhalb einer Versorgungsspannung von etwa 1 Volt stärker ansteigt als die Spannung UA.In Fig. 3 it can be seen that the voltage U A changes linearly as a function of the supply voltage U V , while the voltage U B does not change linearly as a function of the voltage U V , but initially only at low supply voltages U B little increases and rises more than the voltage U A above a supply voltage of about 1 volt.

Die Spannungsverläufe UA(UV) sowie UB(UV) schneiden sich in einem Punkt, dieser Punkt ist in Fig. 3 mit 1 bezeichnet, er liegt in der Mitte zwischen einem Bereich von UV, der durch die Zahlen 2 und 3 markiert wird und sich von 6 Volt bis 5 Volt erstreckt.The voltage profiles U A (U V ) and U B (U V ) intersect at one point, this point is denoted by 1 in Fig. 3, it lies in the middle between a range of U V , which is represented by the numbers 2 and 3 is marked and extends from 6 volts to 5 volts.

Die zu den Punkten 1, 2 und 3 gehörenden Spannungen UA, UB sind im linken Teil der Fig. 3 durch horizontale Linien 1, 2 und 3 ange­ deutet.The voltages U A , U B belonging to points 1 , 2 and 3 are indicated in the left part of FIG. 3 by horizontal lines 1 , 2 and 3 .

Bei angeschlossenem Operationsverstärker OP hängt dessen Ausgangs­ spannung damit nicht nur von der druckbeeinflußten Brückenverstim­ mung ab, sondern auch von der Versorgungsspannung UV. Dieser Zu­ sammenhang wird erfindungsgemäß ausgenutzt.When the operational amplifier OP is connected, its output voltage depends not only on the pressure-influenced bridge detuning, but also on the supply voltage U V. This context is used according to the invention.

In Fig. 4 ist der Verlauf der Meßspannung U am Ausgang des Opera­ tionsverstärkers OP über der Zeit t für den Fall, daß der Sensor als Drucksensor in wenigstens einem Zylinder einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird, aufgetragen. Dabei ist zu erkennen, daß diese Span­ nung immer in einem Bereich, der bezogen auf die Stellung der Kur­ belwelle um den oberen Totpunkt OT herum liegt, deutlich ansteigt, während sie im dazwischenliegenden Bereich konstant auf niedrigem Wert ist.In Fig. 4, the course of the measurement voltage U at the output of the OP amplifier OP over time t for the case that the sensor is used as a pressure sensor in at least one cylinder of an internal combustion engine. It can be seen that this voltage always rises significantly in an area that is related to the position of the cure belwelle around top dead center OT, while it is constantly at a low value in the intermediate area.

Der Verlauf U(t), der ein Maß für den herrschenden Druck p im Brenn­ raum ist, ist bekanntermaßen so, daß der Druck im Bereich des oberen Totpunkts der Kurbelwelle ein Maximum hat und im dazwischen liegenden Bereich relativ niedrig ist. Dabei ist der Druckverlauf bzw. der Verlauf von U(t) in etwa glockenförmig, beim Auftreten von "klopfender Verbrennung" weist der Verlauf U(t) in einem bestimmten Bereich nach dem oberen Totpunkt mehrere Oszillationen auf, die bei­ spielsweise zur Klopferkennung ausgewertet werden.The curve U (t), which is a measure of the prevailing pressure p in the furnace is known to be such that the pressure in the area of the upper Dead center of the crankshaft has a maximum and in between lying area is relatively low. Here is the pressure curve or the course of U (t) roughly bell-shaped when "knocking combustion" shows the course U (t) in a certain Area after top dead center on several oscillations at can be evaluated, for example, for knock detection.

Wie bereits erwähnt, ist bei der Auswertung des Brennraumdrucks in einem bestimmten Bereich, der in Fig. 3 mit Signalpause SP bezeich­ net wird, der Brennraumdruck relativ niedrig und näherungsweise kon­ stant. Stellt der Rechner im Steuergerät während einer solchen Signalpause fest, daß der Arbeitspunkt des Operationsverstärkers zu negativ geworden ist, löst der Rechner, beispielsweise über einen Digital-Analog-Wandler DAW eine Absenkung der Versorgungsspannung UV aus. Durch diese Maßnahme steigt das Niveau des Ausgangs des Operationsverstärkers OP wieder bis zum gewünschten Niveau an. Es erfolgt damit eine Arbeitspunktregelung bzw. Spannungsregelung.As already mentioned, when evaluating the combustion chamber pressure in a certain area, which is designated in FIG. 3 with signal pause SP, the combustion chamber pressure is relatively low and approximately constant. If the computer in the control unit detects during such a signal pause that the operating point of the operational amplifier has become too negative, the computer triggers a drop in the supply voltage U V , for example via a digital-to-analog converter DAW. As a result of this measure, the level of the output of the operational amplifier OP rises again to the desired level. There is thus an operating point control or voltage control.

Die Spannungsregelung erfolgt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 120° nach OT und 120° vor OT, es wären aber auch andere Bereiche wählbar.The voltage regulation preferably takes place in a range between 120 ° after TDC and 120 ° before TDC, but there would also be other areas selectable.

Eine Dimensionierungsmöglichkeit besteht darin, daß der Arbeitspunkt direkt auf Massepotential geregelt wird. Damit verbleibt für das nutzbare Drucksignal mehr Platz. One dimensioning option is that the working point is regulated directly to ground potential. That leaves for that usable pressure signal more space.  

Während einer Ausfallerkennungsdiagnose des Sensors, die gegebenen­ falls im Steuergerät vorgenommen wird, wird der Arbeitspunkt in den aktiven Bereich des Sensors (UA < 0) verschoben.During a failure detection diagnosis of the sensor, which may be carried out in the control unit, the operating point is shifted into the active area of the sensor (U A <0).

Wenn infolge der Regelung die Versorgungsspannung angehoben wird, wird wie bei jeder Brücke auch die Signalspannung proportional größer. Dies bedeutet aber für Brennraumdrucksensoren keinen Nach­ teil, da die Amplitude nicht ausgewertet wird. Es ist jedoch darauf zu achten, daß der Aussteuerbereich den nachfolgenden Analog-Digi­ tal-Wandler ADW nicht überschritten wird.If the supply voltage is raised as a result of the regulation, As with any bridge, the signal voltage is also proportional greater. For combustion chamber pressure sensors, however, this means no aftermath part because the amplitude is not evaluated. However, it is on it to ensure that the modulation range the following analog-Digi tal converter ADW is not exceeded.

Die Vorgehensweise bei der Auswertung mit einer Schaltungsanordnung nach Fig. 2 entspricht weitestgehend der bei der Auswertung mit einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Wie bei dieser Schaltungsan­ ordnung ist sichergestellt, daß sich die ohne nachfolgendem Opera­ tionsverstärker an den Punkten A und B einstellenden Spannungen un­ terschiedlich in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung UV ver­ ändern. Damit läßt sich dieselbe Auswertemöglichkeit wie mit der Schaltung nach Fig. 1 realisieren.The procedure for the evaluation with a circuit arrangement according to FIG. 2 largely corresponds to that for the evaluation with a circuit arrangement according to FIG. 1. As with this circuit arrangement, it is ensured that the voltages set at points A and B without the subsequent operational amplifier un change depending on the supply voltage U V This enables the same evaluation option to be implemented as with the circuit according to FIG. 1.

Claims (8)

1. Auswerteschaltung für einen Sensor, insbesondere für ei­ nen Drucksensor, wobei der Sensor eine Brückenschaltung mit wenigstens einem piezoresistiven Widerstand, der der zu mes­ senden Größe, insbesondere dem Druck aussetzbar ist, umfaßt und beide Zweige der Brückenschaltung mit den Eingängen ei­ nes Operationsverstärkers in Verbindung stehen, dessen einer Eingang über einen Widerstand mit dem Ausgang verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brückenzweig, der keinen piezoresistiven Widerstand aufweist, ein nichtlineares Schaltungselement enthält und das nichtlineare Bauelement eine Diode (D) oder eine Zenerdiode oder eine Referenzdiode ist und die Versorgungsspannung der Brücke und des Operati­ onsverstärkers (OP) während des Betriebs von einem Steuerge­ rät so geregelt wird, dass sich sein Arbeitspunkt auf ein vorgebbares Niveau einstellt1. Evaluation circuit for a sensor, in particular for egg NEN pressure sensor, wherein the sensor comprises a bridge circuit with at least one piezoresistive resistor, which can be exposed to the size to be measured, in particular the pressure, and includes both branches of the bridge circuit with the inputs of an operational amplifier in Connection, one input of which is connected to the output via a resistor, characterized in that the bridge arm, which has no piezoresistive resistor, contains a non-linear circuit element and the non-linear component is a diode (D) or a Zener diode or a reference diode and the The supply voltage of the bridge and the operational amplifier (OP) is regulated by a control unit during operation so that its operating point is set to a predefinable level 2. Auswerteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass das nicht lineare Bauelement eine Konstantstrom­ quelle (SQ) ist, die in Reihe zu dem wenigstens einen druck­ abhängigen Widerstand (R1) liegt.2. Evaluation circuit according to claim 1, characterized net that the non-linear device has a constant current Source (SQ) is in series with the at least one print dependent resistance (R1). 3. Auswerteschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Sensoren einge­ setzt werden und für jeden Sensor eine speziell geregelte Versorgungsspannung bereitgestellt wird, die vom Steuergerät (SG) über einen Digital-Analog-Wandler (DAW) geliefert wird.3. Evaluation circuit according to one of claims 1 or 2, there characterized in that at least two sensors turned on be set and a specially regulated for each sensor Supply voltage is provided by the control unit (SG) is supplied via a digital-to-analog converter (DAW). 4. Auswerteschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregelung mit­ tels eines im Steuergerät (SG) implementierten Spannungsreg­ lers erfolgt. 4. Evaluation circuit according to one of the preceding claims che, characterized in that the voltage regulation with means of a voltage regulation implemented in the control unit (SG) lers done.   5. Auswerteschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor ein in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine angeordnete Drucksensor ist und die Auswertung des vom Drucksensor ge­ lieferten Messsignals im Steuergerät (SG) erfolgt.5. Evaluation circuit according to one of the preceding claims che, characterized in that the at least one sensor one arranged in a cylinder of an internal combustion engine Pressure sensor is and the evaluation of ge by the pressure sensor delivered measurement signal takes place in the control unit (SG). 6. Auswerteschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, dass jedem Zylinder ein Sensor zugeordnet ist.6. Evaluation circuit according to claim 5, characterized net that a sensor is assigned to each cylinder. 7. Auswerteschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregelung bei Messungen von Größen, die zu Signalen mit Signalpausen füh­ ren, insbesondere bei der Messung des Zylinderdruckes einer Brennkraftmaschine in den Signalpausen durchgeführt wird.7. Evaluation circuit according to one of the preceding claims che, characterized in that the voltage regulation at Measurements of quantities that lead to signals with signal pauses ren, especially when measuring the cylinder pressure Internal combustion engine is carried out in the signal pauses. 8. Auswerteschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass die Spannungsregelung bei der Messung des Zylin­ derdruckes einer Brennkraftmaschine in einem Bereich, bezo­ gen auf die Stellung der Kurbelwelle zwischen 120° nach Obe­ rem Totpunkt (OT) und 120° nach Oberem Totpunkt (OT) durch­ geführt wird.8. Evaluation circuit according to claim 7, characterized in net that the voltage regulation when measuring the cylin derdruckes of an internal combustion engine in an area, bezo towards the crankshaft position between 120 ° upwards rem dead center (OT) and 120 ° to top dead center (OT) to be led.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT7777U3 (en) * 2005-04-21 2006-07-15 Piezocryst Advanced Sensorics MEASURING SYSTEM FOR CYLINDER PRESSURE MEASUREMENT IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES
AT11169U3 (en) * 2009-10-22 2010-12-15 Avl List Gmbh METHOD FOR OPERATING AN ELECTROMECHANICAL CONVERTER SYSTEM AND ELECTROMECHANICAL TRANSDUCER SYSTEM

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3646815A (en) * 1970-03-26 1972-03-07 Bailey Meter Co Silicon pressure transducer circuit
US3654545A (en) * 1970-08-11 1972-04-04 Honeywell Inc Semiconductor strain gauge amplifier
DE3612810A1 (en) * 1986-04-16 1987-10-22 Bosch Gmbh Robert CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MEASURING MECHANICAL DEFORMATION, IN PARTICULAR UNDER THE PRACTICE OF A PRESSURE
DE4041621A1 (en) * 1990-12-22 1992-07-02 Bosch Gmbh Robert Evaluation circuit for piezo-resistive pressure sensor - has resistive bridge contg. two piezo-resistive arms, operational amplifier all fitting on single hybrid

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3646815A (en) * 1970-03-26 1972-03-07 Bailey Meter Co Silicon pressure transducer circuit
US3654545A (en) * 1970-08-11 1972-04-04 Honeywell Inc Semiconductor strain gauge amplifier
DE3612810A1 (en) * 1986-04-16 1987-10-22 Bosch Gmbh Robert CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MEASURING MECHANICAL DEFORMATION, IN PARTICULAR UNDER THE PRACTICE OF A PRESSURE
DE4041621A1 (en) * 1990-12-22 1992-07-02 Bosch Gmbh Robert Evaluation circuit for piezo-resistive pressure sensor - has resistive bridge contg. two piezo-resistive arms, operational amplifier all fitting on single hybrid

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