EP3092470A1 - Drucksensor zur erfassung eines drucks eines fluiden mediums - Google Patents

Drucksensor zur erfassung eines drucks eines fluiden mediums

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EP3092470A1
EP3092470A1 EP14795623.9A EP14795623A EP3092470A1 EP 3092470 A1 EP3092470 A1 EP 3092470A1 EP 14795623 A EP14795623 A EP 14795623A EP 3092470 A1 EP3092470 A1 EP 3092470A1
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EP
European Patent Office
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pressure
pressure sensor
sensor element
separation membrane
circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14795623.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Lux
Patrik Patzner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3092470A1 publication Critical patent/EP3092470A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring 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
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • G—PHYSICS
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    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/141—Monolithic housings, e.g. molded or one-piece housings
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring 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
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/006—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of metallic strain gauges fixed to an element other than the pressure transmitting diaphragm
    • G01L2009/0063—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of metallic strain gauges fixed to an element other than the pressure transmitting diaphragm using a fluid coupling between strain gauge carrier and diaphragm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring 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
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L2009/0066—Mounting arrangements of diaphragm transducers; Details thereof, e.g. electromagnetic shielding means
    • G01L2009/0067—Mounting arrangements of diaphragm transducers; Details thereof, e.g. electromagnetic shielding means with additional isolating diaphragms

Definitions

  • Pressure sensor for detecting a pressure of a fluid medium
  • Dynamically acting pressure sensors are only used to measure pressure oscillations in gaseous or liquid media.
  • the pressure measurement can be direct, over
  • the most widely used method of pressure detection therefore initially uses a thin membrane as a mechanical intermediate stage for signal extraction, which is exposed to pressure on one side and more or less sags under its influence. It can within wide limits of thickness and diameter of the respective
  • Pressure range to be adjusted Low pressure ranges result in comparatively large diaphragms with deflections that can range from 0.1 mm to 1 mm. High pressures, however, require thicker membranes of small diameter, which usually bend only a few microns.
  • Such pressure sensors are, for example, Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1. Ed. 2010, pages 80-82 and 134-136.
  • DE 10 2008 054 382 A1 describes a pressure sensor module which comprises a pressure sensor chip for determining the pressure of a measuring medium, an adapter for transmitting pressure to the pressure sensor chip, a plug part contacted with the pressure sensor chip and fastening means for fixing the pressure sensor module in a receiving opening of a wall.
  • Pressure sensors good, but because of water and particles that can settle on the membrane, problematic.
  • the pressure range is limited and soldering is susceptible to corrosion.
  • passivated with a gel diffusion of the medium through the gel is present and may be due to various chemical and / or physical processes for altering the protective effect or
  • a pressure sensor for detecting a pressure of a fluid medium which at least largely avoids the disadvantages of known pressure sensors and which provides a robust design of the media resistance for, for example, pressure sensors for particle filter diagnosis while simultaneously expanding the pressure range for new applications, such as exhaust back pressure. allows.
  • An inventive pressure sensor for detecting a pressure of a fluid medium in a measuring chamber comprises a sensor housing, at least a first
  • Pressure sensor element for measuring a pressure of the medium and a drive and / or evaluation circuit for outputting a signal indicative of the pressure acting on the pressure sensor element signal.
  • the drive and / or evaluation circuit is on or in a circuit carrier arranged within the sensor housing arranged.
  • the pressure sensor element is arranged on or in the circuit carrier and separated from the fluid medium by means of at least one first separation membrane.
  • the pressure sensor element is integrated in the circuit carrier.
  • the pressure sensor element may be spaced from the separation membrane.
  • a transfer space is formed between the pressure sensor element and the separation membrane.
  • the transfer space may be filled with a transfer medium suitable for transferring a pressure of the fluid medium acting on the separation membrane to the pressure sensor element.
  • the transmission medium can be a
  • the transfer medium is a liquid which has a low thermal expansion, low viscosity and low water absorption in order to be insensitive to temperature influences.
  • the transmission medium is an oil.
  • the pressure sensor element may be in a
  • Sensor element space may be arranged in the circuit carrier.
  • the sensor element space can be filled with a transmission medium. For example, that is
  • the sensor element space can be closed by means of a closure element.
  • the sensor element space can from an interior of the
  • Sensor housing be separated by a second separation membrane.
  • Separating membrane can be designed for applying a counter-pressure.
  • Transfer medium in the sensor element space may be suitable for transferring the counterpressure acting on the second separation membrane to the first sensor element.
  • At least one second pressure sensor element may be arranged on or in the circuit carrier, which is designed to measure a counter-pressure applied to the first separation membrane.
  • the back pressure can be applied electrically or mechanically. Such an arrangement allows the detection of a differential pressure.
  • a basic idea of the present invention is to provide an oil reservoir integrated with the circuit carrier with a pressure sensor element.
  • the measuring elements are integrated into the circuit carrier, for example by means of so-called embedding.
  • the pressure feeds are here to make open.
  • a separation membrane is integrated into the circuit carrier and filled the resulting volumes by a suitable pressure transmission medium.
  • the measuring elements for the pressure measurement can be designed as 1-chip, ie membrane with integrated evaluation circuit, or 2-chip, ie membrane with separate evaluation circuit.
  • there are several Measuring elements can be installed per circuit carrier.
  • the separation membrane is used to separate the externally applied fluid medium to be measured, such as air or exhaust gases or the like, and the pressure transfer medium from each other.
  • Separating membrane is made of a media-resistant material with a suitable coating for further application. It is important that besides the media resistance the
  • Separation membrane sufficiently good flexibility, d. H. as soft as possible. This can be achieved, for example, by a design that is as thin as possible. Possible
  • the separation membranes are steel, PTFE, PI or the like.
  • the pressure transfer medium is typically an oil of low thermal expansion, low viscosity and low water uptake
  • circuit carrier On the circuit board connections for electrical contacting are present.
  • the pressure sensor element can comprise a sensor membrane designed as a measuring bridge with one or more piezoresistive elements and / or other types of sensitive elements, as is customary in pressure sensors.
  • the above-described prior art in particular Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1. Ed. 2010, pages 80-82 and 134-136.
  • an evaluation and control circuit is a component which is suitable for signal processing.
  • the evaluation or control circuit may be an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • Circuit is an electronic circuit that is realized as an integrated circuit.
  • a circuit carrier is to be understood as meaning any component which is suitable for carrying a circuit.
  • the circuit carrier is to be understood as meaning any component which is suitable for carrying a circuit.
  • Figure 1 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to a first
  • Figure 2 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to a second
  • Figure 3 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to a third
  • Embodiment Embodiments of the invention
  • Figure 1 shows a cross-sectional view of a pressure sensor 10 for detecting a pressure of a fluid medium according to a first embodiment.
  • the pressure sensor 10 may, for example, for detecting a pressure in a fuel line of a
  • the pressure sensor 10 shown in FIG. 1 is particularly suitable for particle filter diagnosis.
  • the pressure sensor 10 includes a sensor housing 12
  • a transfer space 28 is formed between the first pressure sensor element 16 and the first separation membrane 26.
  • the transfer room 28 is with a
  • the transfer medium is for transferring a pressure of the fluid medium acting on the first separation membrane 26 to the first one
  • the first separation membrane 26 is made of a media-resistant material with a suitable coating. The material is selected taking into account that in addition to the media resistance, the first separation membrane 26 has a sufficiently good flexibility, that is as soft as possible. This can be achieved, for example, by a design that is as thin as possible. Possible materials for the first separation membrane 26 are steel, PTFE, PI or the like.
  • the first pressure sensor element 16 is arranged in particular in a sensor element space 30 in the printed circuit board 20.
  • the sensor element space 30 is also connected to the
  • the sensor element space 30 is separated from the housing interior 14 of the sensor housing 12 by means of a second separation membrane 32.
  • the second separation membrane 32 may be made identical to the first separation membrane 26.
  • the sensor element space 30 is closed by means of a closure element 34.
  • no transfer space 28 is provided as compared with the first embodiments.
  • the pressure sensor 10 shown in FIG. 2 only the first separation membrane 26 is provided.
  • at least one second pressure sensor element 38 is arranged, which is designed to measure a counterpressure applied to the first separating membrane 26.
  • the sensor element space 30 is formed, which may be referred to as the first sensor element space 30, but also a second sensor element space 40.
  • the second pressure sensor element 38 is in the second
  • the pressure sensor 10 shown in Figure 2 is thus suitable for detecting a force acting on the first separation membrane 26 pressure of the fluid medium and a counter pressure applied thereto.
  • the back pressure can for example be applied electrically. This also allows the detection of a differential pressure.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a pressure sensor 10 according to a third embodiment of the present invention. Below are only the
  • the first pressure sensor element 16 is arranged in the sensor element space 30 and separated from the fluid medium by means of the first separation membrane 26.
  • Sensor element space 30 is filled with a transmission medium, such as oil, and closed by a closure element 34.
  • a pressure of the fluid medium acting on the first separation membrane 26 can be detected.
  • the pressure sensor 10 of the third embodiment is suitable for detecting an absolute pressure, as required, for example, in the detection of an exhaust backpressure before or upstream of a turbocharger.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Es wird ein Drucksensor (10) zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums in einem Messraum vorgeschlagen. Der Drucksensor (10) umfasst ein Sensorgehäuse (12), mindestens ein erstes Drucksensorelement (16) zum Messen eines Drucks des Mediums und eine Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung (22) zum Ausgeben eines auf das erste Drucksensorelement (16) wirkenden Druck anzeigenden Signals. Die Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung (22) ist auf oder in einem innerhalb des Sensorgehäuses (12) angeordneten Schaltungsträger (18) angeordnet. Das erste Drucksensorelement (16) ist auf oder in dem Schaltungsträger (18) angeordnet und mittels mindestens einer ersten Trennmembran (26) von dem fluiden Medium getrennt.

Description

Beschreibung Titel
Drucksensor zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zum Erfassen von Drücken von fluiden Medien, wie beispielsweise Gasen und Flüssigkeiten, bekannt. Die Messgröße des Drucks ist eine in Gasen und Flüssigkeiten auftretende, allseits wirkende, nicht gerichtete Kraftwirkung. Zur Messung der Drücke gibt es dynamische und statisch wirkende Messwertaufnehmer bzw. Sensorelemente.
Dynamisch wirkende Drucksensoren dienen nur zur Messung von Druckschwingungen in gasförmigen oder flüssigen Medien. Die Druckmessung kann direkt, über
Membranverformung oder durch einen Kraftsensor erfolgen. Insbesondere zur Messung sehr hoher Drücke wäre es ausreichend, einfach einen elektrischen Widerstand dem Medium auszusetzen, denn alle bekannten Widerstände zeigen mehr oder weniger ausgeprägt eine Druckabhängigkeit. Dabei gestaltet sich jedoch die Unterdrückung der gleichzeitigen Abhängigkeit der Widerstände von der Temperatur und die druckdichte Durchführung ihrer elektrischen Anschlüsse aus dem Druckmedium heraus als schwierig.
Die am weitesten verbreiteten Methode der Druckerfassung verwendet daher zur Signalgewinnung zunächst eine dünne Membran als mechanische Zwischenstufe, die einseitig dem Druck ausgesetzt ist und sich unter dessen Einfluss mehr oder weniger durchbiegt. Sie kann in weiten Grenzen nach Dicke und Durchmesser dem jeweiligen
Druckbereich angepasst werden. Niedrige Druckmessbereiche führen zu vergleichsweise großen Membranen mit Durchbiegungen, die im Bereich von 0,1 mm bis 1 mm liegen können. Hohe Drücke erfordern jedoch dickere Membranen geringen Durchmessers, die sich meist nur wenige Mikrometer durchbiegen. Derartige Drucksensoren sind beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1 . Aufl. 2010, Seiten 80-82 und 134-136 bekannt. Die DE 10 2008 054 382 A1 beschreibt ein Drucksensormodul, das einen Drucksensorchip zur Bestimmung des Drucks eines Messmediums, einen Adapter zur Druckübertragung auf den Drucksensorchip, ein mit dem Drucksensorchip kontaktiertes Steckerteil sowie Befestigungsmittel zur Festlegung des Drucksensormoduls in einer Aufnahmeöffnung einer Wand umfasst.
Bei den derartigen Drucksensoren wird ein separates Sensormodul mit Messelement verwendet. Für verschiedene Medienanforderungen ist eine Rückseitenbeaufschlagung des Messelements oder eine Passivierung durch Gel möglich.
Trotz der durch diese Drucksensoren bewirkten Verbesserungen besteht nach wie vor ein Optimierungspotenzial bekannter Drucksensoren. So ist die Medienresistenz durch die Rückseitenbeaufschlagung bei geklebten Sensorelementen aktuell bestehender
Drucksensoren gut, jedoch aufgrund von Wasser und Partikeln, die sich auf der Membran absetzen können, problematisch. Der Druckbereich ist eingeschränkt und Lötungen sind bezüglich Korrosion anfällig. Bei der Passivierung mit einem Gel ist eine Diffusion des Mediums durch das Gel vorhanden und kann durch verschiedene chemische und/oder physikalische Prozesse zur Veränderung der Schutzwirkung oder
Messsignalbeeinflussung führen.
Offenbarung der Erfindung Es wird dementsprechend ein Drucksensor zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums vorgeschlagen, welcher die Nachteile bekannter Drucksensoren zumindest weitgehend vermeidet und der eine robuste Auslegung der Medienresistenz für beispielsweise Drucksensoren zur Partikelfilterdiagnose bei gleichzeitiger Erweiterung des Druckbereichs für neue Anwendungen, wie beispielsweise Abgasgegendruck, ermöglicht.
Ein erfindungsgemäßer Drucksensor zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums in einem Messraum umfasst ein Sensorgehäuse, mindestens ein erstes
Drucksensorelement zum Messen eines Drucks des Mediums und eine Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung zum Ausgeben eines den auf das Drucksensorelement wirkenden Druck anzeigenden Signals. Die Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung ist auf oder in einem innerhalb des Sensorgehäuses angeordneten Schaltungsträger angeordnet. Das Drucksensorelement ist auf oder in dem Schaltungsträger angeordnet und mittels mindestens einer ersten Trennmembran von dem fluiden Medium getrennt.
Beispielsweise ist das Drucksensorelement in den Schaltungsträger integriert. Das Drucksensorelement kann von der Trennmembran beabstandet sein. Beispielsweise wird zwischen dem Drucksensorelement und der Trennmembran ein Übertragungsraum ausgebildet. Der Übertragungsraum kann mit einem Übertragungsmedium gefüllt sein, das zum Übertragen eines auf die Trennmembran wirkenden Drucks des fluiden Mediums auf das Drucksensorelement geeignet ist. Das Übertragungsmedium kann eine
Flüssigkeit sein. Beispielsweise ist das Übertragungsmedium eine Flüssigkeit, die eine geringe thermische Ausdehnung, geringe Viskosität und geringe Wasseraufnahme aufweist, um gegenüber Temperatureinflüssen unempfindlich zu sein. Beispielsweise ist das Übertragungsmedium ein Öl. Das Drucksensorelement kann in einem
Sensorelementraum in dem Schaltungsträger angeordnet sein. Der Sensorelementraum kann mit einem Übertragungsmedium gefüllt sein. Beispielsweise ist das
Übertragungsmedium Öl. Der Sensorelementraum kann mittels eines Verschlusselements verschlossen sein. Der Sensorelementraum kann von einem Innenraum des
Sensorgehäuses mittels einer zweiten Trennmembran getrennt sein. Die zweite
Trennmembran kann zum Aufbringen eines Gegendrucks ausgebildet sein. Das
Übertagungsmedium in dem Sensorelementraum kann zum Übertragen des auf die zweite Trennmembran wirkenden Gegendrucks auf das erste Sensorelement geeignet sein. An oder in dem Schaltungsträger kann mindestens ein zweites Drucksensorelement angeordnet sein, das zum Messen eines auf die erste Trennmembran aufgebrachten Gegendrucks ausgebildet ist.
Der Gegendruck kann elektrisch oder mechanisch aufgebracht werden. Eine derartige Anordnung erlaubt das Erfassen eines Differenzdrucks.
Eine Grundidee der vorliegenden Erfindung ist, eine in den Schaltungsträger integrierte Ölvorlage mit einem Drucksensorelement vorzusehen. Die Messelemente werden in den Schaltungsträger integriert, wie beispielsweise mittels des so genannten Embedding. Die Druckzuführungen sind hierbei offen zu gestalten. Anschließend wird eine Trennmembran in den Schaltungsträger integriert und die entstehenden Volumina durch ein geeignetes Druckübertragungsmedium gefüllt. Die Messelemente für die Druckmessung können als 1 -Chip, d. h. Membran mit integrierter Auswerteschaltung, oder 2-Chip, d. h. Membran mit separater Auswerteschaltung, ausgeführt werden. Des Weiteren sind auch mehrere Messelemente pro Schaltungsträger verbaubar. Die Trennmembran dient zur Trennung des außen anliegenden zu messenden fluiden Mediums, wie beispielsweise Luft oder Abgase oder dergleichen, und des Druckübertragungsmediums voneinander. Die
Trennmembran ist aus einem medienresistenten Material mit geeigneter Beschichtung zur weiteren Anwendung. Wichtig ist hierbei, dass neben der Medienresistenz die
Trennmembran eine ausreichend gute Flexibilität, d. h. möglichst weich, aufweist. Dies ist beispielsweise durch eine möglichst dünne Ausführung zu realisieren. Mögliche
Materialien für die Trennmembranen sind Stahl, PTFE, PI oder dergleichen. Das Druckübertragungsmedium ist typischerweise ein Öl mit geringer thermischer Ausdehnung, geringer Viskosität und geringer Wasseraufnahme um gegenüber
Temperatureinflüssen unempfindlich zu sein.
Das Drucksensorelement und die Ansteuer- und Auswerteschaltung sind entsprechend den Druckanforderungen geeignet zu wählen und können mit Standardtechnologien oder speziellen Technologien, wie beispielsweise Embedding, integriert werden. Hierbei ist unter anderem eine Flip-Chip-Technik und/oder Silizium-Durchkontaktierung möglich, mit der die Chips mittels„Bumps" (Kontaktpunkte) verbunden sind. Die Öffnungen in der Leiterplatte für das Druckübertragungsmedium sind dicht zu verschließen, so dass kein Öl austreten kann. Eine Leckage würde eine
Signalveränderung bewirken. In dem Schaltungsträger sind gegebenenfalls auch weitere Bauelemente enthalten wie beispielsweise Kondensatoren oder dergleichen. An dem Schaltungsträger sind Anschlüsse zur elektrischen Kontaktierung vorhanden.
Unter einem Drucksensorelement ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein
Sensorelement zu verstehen, welches die eigentlichen Messsignale bezüglich des Drucks und/oder der Messwerte liefert, die zur Erfassung des Drucks des fluiden Mediums genutzt werden. Beispielsweise kann das Drucksensorelement eine als Messbrücke ausgebildete Sensormembran mit einem oder mehreren piezoresistiven Elementen und/oder anderen Arten von sensitiven Elementen umfassen, wie dies bei Drucksensoren üblich ist. Für weitere mögliche Ausgestaltungen von derartigen Drucksensorelementen kann auf den oben beschriebenen Stand der Technik, insbesondere auf Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1 . Aufl. 2010, Seiten 80-82 und 134-136 verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Unter einer Auswerte- und Ansteuerschaltung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bauteil zu verstehen, das zur Signalverarbeitung geeignet ist. Beispielsweise kann es sich bei der Auswerte- oder Ansteuerschaltung um eine anwendungsspezifisch integrierte Schaltung (application specific integrated circuit - ASIC) handeln. Eine derartige
Schaltung ist eine elektronische Schaltung, die als integrierter Schaltkreis realisiert wird.
Unter einem Schaltungsträger ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes Bauteil zu verstehen, das geeignet ist eine Schaltung zu tragen. Beispielsweise ist der
Schaltungsträger als Leiterplatte ausgebildet. Unter einer Leiterplatte ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Träger für elektronische Bauteile zu verstehen, der der mechanischen Befestigung der elektrischen Verbindung dient. Die Leiterplatten bestehen aus elektrisch isolierendem Material mit daran haftenden, leitenden Verbindungen, den so genannten Leiterbahnen. Der erfindungsgemäße Drucksensor kann zur Diagnose von Partikelfiltern oder zum Erfassen eines Gegendrucks, wie beispielsweise Abgasgegendruck vor einem
Turbolader, eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen
Figur 1 eine Querschnittsansicht eines Drucksensors gemäß einer ersten
Ausführungsform,
Figur 2 eine Querschnittsansicht eines Drucksensors gemäß einer zweiten
Ausführungsform und
Figur 3 eine Querschnittsansicht eines Drucksensors gemäß einer dritten
Ausführungsform. Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Querschnittansicht eines Drucksensors 10 zum Erfassen eines Drucks eines fluiden Mediums gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Drucksensor 10 kann beispielsweise zum Erfassen eines Drucks in einer Kraftstoffleitung eines
Verbrennungsmotors oder von Abgasen in einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors ausgebildet sein. Der in Figur 1 gezeigte Drucksensor 10 eignet sich insbesondere zur Partikelfilterdiagnose. Der Drucksensor 10 umfasst ein Sensorgehäuse 12. Das
Sensorgehäuse 12 definiert einen Gehäuseinnenraum 14. Der Drucksensor 10 weist ein erstes Drucksensorelement 16 zur Erfassung des Drucks des fluiden Mediums auf.
In dem Sensorgehäuse 12 und genauer in dem Gehäuseinnenraum 14 ist ein
Schaltungsträger 18 angeordnet. Der Schaltungsträger 18 ist als Leiterplatte 20 ausgebildet. Auf oder in der Leiterplatte 20 ist eine Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung 22 angeordnet. Die Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung 22 ist beispielsweise eine
ASIC 24. Das erste Drucksensorelement 16 ist auf oder in der Leiterplatte 20 angeordnet. Das erste Drucksensorelement 16 ist mittels mindestens einer ersten Trennmembran 26 von dem fluiden Medium getrennt. Insbesondere ist das erste Drucksensorelement 16 von der ersten Trennmembran 26 beabstandet.
Dabei ist zwischen dem ersten Drucksensorelement 16 und der ersten Trennmembran 26 ein Übertragungsraum 28 ausgebildet. Der Übertragungsraum 28 ist mit einem
Übertragungsmedium gefüllt. Das Übertragungsmedium ist zum Übertragen eines auf die erste Trennmembran 26 wirkenden Drucks des fluiden Mediums auf das erste
Drucksensorelement 16 geeignet. Das Übertragungsmedium ist eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl. Als Übertragungsmedium eignen sich grundsätzlich Flüssigkeiten mit geringer thermischer Ausdehnung, geringer Viskosität und geringer Wasseraufnahme, um gegenüber Temperatureinflüssen unempfindlich zu sein. Das erste Drucksensorelement 16 und die Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung 22 sind entsprechend den Druckanforderungen geeignet zu wählen und können mit
Standardtechnologien oder speziellen Technologien, wie beispielsweise Embedding, integriert werden. Hierbei ist unter anderem eine Flip-Chip-Technik und/oder Silizium- Durchkontaktierung möglich, mit der die Chips der Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung 22 mittels„Bumps" (Kontaktpunkte) verbunden sind. Die erste Trennmembran 26 ist aus einem medienresistenten Material mit geeigneter Beschichtung hergestellt. Das Material ist unter Berücksichtigung ausgewählt, dass neben der Medienresistenz die erste Trennmembran 26 eine ausreichend gute Flexibilität, d. h. möglichst weich, aufweist. Dies ist beispielsweise durch eine möglichst dünne Ausführung zu realisieren. Mögliche Materialien für die erste Trennmembran 26 sind Stahl, PTFE, PI oder dergleichen.
Das erste Drucksensorelement 16 ist insbesondere in einem Sensorelementraum 30 in der Leiterplatte 20 angeordnet. Der Sensorelementraum 30 ist ebenfalls mit dem
Übertragungsmedium gefüllt. Der Sensorelementraum 30 ist von dem Gehäuseinnenraum 14 des Sensorgehäuses 12 mittels einer zweiten Trennmembran 32 getrennt. Die zweite Trennmembran 32 kann identisch zu der ersten Trennmembran 26 hergestellt sein. Der Sensorelementraum 30 ist dabei mittels eines Verschlusselements 34 verschlossen. Zum elektrischen Verbinden der Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung 22 mit einem nicht näher gezeigten Steckerteil des Sensorgehäuses 12 sind auf der Leiterplatte 20
Leiterbahnen 36 angeordnet. Bei dem gezeigten Drucksensor 10 lässt sich ein auf die erste Trennmembran 26 wirkender Druck des fluiden Mediums erfassen. Zugleich kann auf die zweite Trennmembran 32 ein Gegendruck aufgebracht werden. Der Gegendruck kann beispielsweise mechanisch aufgebracht werden. Dies erlaubt die Erfassung eines Differenzdrucks.
Figur 2 zeigt einen Drucksensor 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend werden lediglich die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei dem Drucksensor 10 der zweiten Ausführungsform ist im Vergleich zu den ersten Ausführungsformen kein Übertragungsraum 28 vorgesehen. Bei dem in Figur 2 gezeigten Drucksensor 10 ist nur die erste Trennmembran 26 vorgesehen. Des Weiteren ist an oder in der Leiterplatte 20 mindestens ein zweites Drucksensorelement 38 angeordnet, das zum Messen eines auf die erste Trennmembran 26 aufgebrachten Gegendrucks ausgebildet ist. In der Leiterplatte 20 ist nicht nur der Sensorelementraum 30 ausgebildet, der als erster Sensorelementraum 30 bezeichnet werden kann, sondern auch ein zweiter Sensorelementraum 40. Das zweite Drucksensorelement 38 ist in dem zweiten
Sensorelementraum 40 angeordnet. Der zweite Sensorelementraum 40 ist ebenfalls mit Öl gefüllt und mittels eines Verschlusselements 34 verschlossen. Das zweite Drucksensorelement 38 kann identisch zu dem ersten Drucksensorelement 26 hergestellt sein.
Der in Figur 2 gezeigte Drucksensor 10 eignet sich somit zum Erfassen eines auf die erste Trennmembran 26 wirkenden Drucks des fluiden Mediums und eines darauf aufgebrachten Gegendrucks. Der Gegendruck kann beispielsweise elektrisch aufgebracht werden. Dies erlaubt ebenfalls die Erfassung eines Differenzdrucks.
Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Drucksensors 10 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend werden lediglich die
Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das erste Drucksensorelement 16 ist in dem Sensorelementraum 30 angeordnet und mittels der ersten Trennmembran 26 von dem fluiden Medium getrennt. Der
Sensorelementraum 30 ist mit einem Übertragungsmedium, wie beispielsweise Öl, gefüllt und mittels eines Verschlusselements 34 verschlossen. Bei dem gezeigten Drucksensor 10 lässt sich ein auf die erste Trennmembran 26 wirkender Druck des fluiden Mediums erfassen. Der Drucksensor 10 der dritten Ausführungsform eignet sich zur Erfassung eines Absolutdrucks, wie dies beispielsweise bei der Erfassung eines Abgasgegendrucks vor bzw. stromaufwärts eines Turboladers erforderlich ist.

Claims

Ansprüche 1 . Drucksensor (10) zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums in einem
Messraum, umfassend ein Sensorgehäuse (12), mindestens ein erstes
Drucksensorelement (16) zum Messen eines Drucks des Mediums und eine Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung (22) zum Ausgeben eines auf das erste
Drucksensorelement (16) wirkenden Druck anzeigenden Signals, wobei die Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung (22) auf oder in einem innerhalb des Sensorgehäuses (12) angeordneten Schaltungsträger (18) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Drucksensorelement (16) auf oder in dem Schaltungsträger (18) angeordnet ist und mittels mindestens einer ersten Trennmembran (26) von dem fluiden Medium getrennt ist.
2. Drucksensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste
Drucksensorelement (16) von der ersten Trennmembran (26) beabstandet ist.
3. Drucksensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem ersten Drucksensorelement (16) und der ersten Trennmembran (26) ein
Übertragungsraum (28) ausgebildet ist, wobei der Übertragungsraum (28) mit einem Übertragungsmedium gefüllt ist, das zum Übertragen eines auf die erste
Trennmembran (26) wirkenden Drucks des fluiden Mediums auf das erste
Drucksensorelement (16) geeignet ist.
4. Drucksensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das
Übertragungsmedium eine Flüssigkeit und insbesondere Öl ist.
5. Drucksensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste
Drucksensorelement (16) in einem Sensorelementraum (30) in dem Schaltungsträger (18) angeordnet ist.
6. Drucksensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der
Sensorelementraum (30) mit einem Übertragungsmedium gefüllt ist.
7. Drucksensor (10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensorelementraum (30) mittels eines Verschlusselements (34) verschlossen ist.
8. Drucksensor (10) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Sensorelementraum (30) von einem Innenraum (14) des Sensorgehäuses (12) mittels einer zweiten Trennmembran (32) getrennt ist.
9. Drucksensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite
Trennmembran (32) zum Aufbringen eines Gegendrucks ausgebildet ist, wobei das Übertagungsmedium in dem Sensorelementraum (30) zum Übertragen des auf die zweite Trennmembran (32) wirkenden Gegendrucks auf das erste Sensorelement (16) geeignet ist.
10. Drucksensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei an oder in dem
Schaltungsträger (18) mindestens ein zweites Drucksensorelement (38) angeordnet ist, das zum Messen eines auf die erste Trennmembran (26) aufgebrachten
Gegendrucks ausgebildet ist.
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