DE3447397A1 - Electrical pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
R. I » / Ö UR. I »/ Ö U
20. 12. 19-81» Ws/HmDecember 20, 19-81 »Ws / Hm
i y /i y /
ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGARTROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART
Elektrischer Druckgeber
Stand der Technik Electric pressure transmitter
State of the art
Die Erfindung geht aus von einem Druckgeber zur Erzeugung von elektrischen Signalen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem solchen bekannten Halbleiter-Druckgeber mit integrierter piezoresistiver Widerstandsbrücke sind die Sensorelemente im Randbereich einer Membran angebracht, die aus einem Siliziumhalbleiter durch. Funkenerosion, durch Ätzen oder anderer Verfahren gewonnen wird und die eine Referenzdruckkammer zu dem unter Druck stehenden Medium hin abschließt (US-PS k 079 508). Zur Messung von Absolutdrücken wird dabei die Referenzdruckkammer unter Vakuum verschlossen. Bei solchen und ähnlichen Druckgebern, die zur Druckmessung eine mit Gas oder Luft auf einem vorgegebenen Druck gefüllte oder unter Vakuum stehende Referenzdruckkammer aufweisen, werden die von dem Drucksensor bzw. von einem Druckschalter abgegebenen Signale verfälscht, sobald die Referenzdruckkammer undicht wird. Ein Leck in der Referenzdruckkammer kann bei diesen Druckgebern nur durch eine Nachmessung bei einer Wartung des Druckgebers erkannt werden.The invention is based on a pressure transmitter for generating electrical signals according to the preamble of the main claim. In such a known semiconductor pressure transducer with an integrated piezoresistive resistor bridge, the sensor elements are attached in the edge area of a membrane made of a silicon semiconductor. Spark erosion, is obtained by etching or other processes and which closes a reference pressure chamber from the pressurized medium (US-PS k 079 508). To measure absolute pressures, the reference pressure chamber is closed under vacuum. With such and similar pressure transducers, which have a reference pressure chamber filled with gas or air at a predetermined pressure or under vacuum for pressure measurement, the signals emitted by the pressure sensor or a pressure switch are falsified as soon as the reference pressure chamber becomes leaky. With these pressure transducers, a leak in the reference pressure chamber can only be detected by a subsequent measurement during maintenance of the pressure transducer.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, die Dichtheit der Referenzdruckkammer während des Einsatzes des Druckgebers bei angeschlossener Auswerteschaltung zu überwachen.The aim of the present solution is to ensure the tightness of the reference pressure chamber while the pressure transducer is in use to be monitored when the evaluation circuit is connected.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Druckgeber mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß mit der angeschlossenen Auswerteschaltung jederzeit die Referenzdruckkammer auf einen Druckanstieg oder Druckabfall hin überprüft werden kann. Da sich im Falle eines Lecks in der Referenzdruckkammer der Referenzdruck gegenüber dem Prüf druck -verändert, den die zweite Membran vom Referenzdruck trennt, wird von dem Prüfsensor ein entsprechendes Lecksignal abgegeben, das mit der Auswerteschaltung erfaßt und angezeigt wird. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die vorgeschlagene Lösung nicht nur für sogenannte Halbleiterdrucksensoren sondern für alle Druckgebersysteme verwendbar ist, die mit einer Referenzdruckkammer arbeiten. Aufgrund einer ständigen Überwachung der Referenzdruckkammer läßt sich ein solcher Druckgeber in vorteilhafter Weise auch an sicherheitsrelevanten Teilen, wie beispielsweise bei einer Reifendrucküberwachung von Kraftfahrzeugen einsetzen.The pressure transmitter according to the invention with the characteristic Features of the main claim has the advantage that the reference pressure chamber with the connected evaluation circuit at any time can be checked for an increase or decrease in pressure. Since in the event of a leak in the reference pressure chamber is the reference pressure compared to the Test pressure -changed, which the second membrane separates from the reference pressure, is a corresponding one from the test sensor A leak signal is emitted, which is detected and displayed by the evaluation circuit. Another advantage is that the proposed solution not only for so-called semiconductor pressure sensors but for all pressure transducer systems can be used that work with a reference pressure chamber. Due to constant monitoring of the reference pressure chamber, such a pressure transducer can be advantageous This also applies to safety-relevant parts, such as tire pressure monitoring from Use motor vehicles.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Membran die Referenzdruckkammer gegen eine den Prüfdruck enthaltene Kammer hin abschließt, wobei in zweckmäßiger Weise die Prüfdruckkammer innerhalb der Referenzdruckkammer angeordnet ist. Eine solche Ausbildung des Druckgebers ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Prüfsensor mit der zweiten Membran von einem HalbleiterchipThe measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements of the Features specified in the main claim possible. It is particularly advantageous if the second membrane is the reference pressure chamber closes against a chamber containing the test pressure, the test pressure chamber in an expedient manner is arranged within the reference pressure chamber. Such training of the pressure transducer is particularly advantageous when the test sensor with the second membrane is from a semiconductor chip
gebildet wird, auf dem die Sensorelemente im Randbereich <ier Membran als integrierte piezoresistive Widerstandsbrücke integriert sind. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale besteht darin, daß zur Lecküberwachung mehrerer Druckgeber die Referenzdruckkammer eines jeden Druckgebers mit ihrer zweiten Membran zu einem gemeinsamen Prüfdruck hin abgeschlossen ist, wobei der Prüfdruck vorzugsweise der atmosphärische Luftdruck ist. Ein solcher Druckgeber ist vorzugsweise auch als kapazitiver Druckgeber mit einem Hochfrequenz-Meßsignal ausgebildet, wobei die erste Membran der Referenzdruckkammer eine Elektrode eines kapazitiven Drucksensors und die zweite Membran eine zweite Elektrode für einen kapazitiven Prüfsensor trägt. Beide Elektroden wirken dabei mit einer gemeinsamen, in der Referenzdruckkammer zwischen den beiden Elektroden angeordneten Mittelelektrode zusammen.is formed on which the sensor elements are integrated in the edge area <ier membrane as an integrated piezoresistive resistor bridge. Another advantageous development of the features specified in the main claim is that for leak monitoring of several pressure transducers, the reference pressure chamber of each pressure transducer is closed with its second membrane to a common test pressure, the test pressure preferably being atmospheric air pressure. Such a pressure transmitter is preferably also designed as a capacitive pressure transmitter with a high-frequency measurement signal, the first membrane of the reference pressure chamber carrying an electrode of a capacitive pressure sensor and the second membrane carrying a second electrode for a capacitive test sensor. Both electrodes cooperate with a common center electrode arranged in the reference pressure chamber between the two electrodes.
Zeichnungdrawing
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in vergrößerter Darstellung Figur 1 einen erfindungsgemäßen Druckgeber mit einer Kapsel für die Referenzdruckkammer im Querschnitt, Figur 2 einen Halbleiter-Druckgeber mit je einer Membran zu einem Druckraum und zu einem Raum mit Atmosphärendruck und Figur 3 einen kapazitiven Druckgeber mit einem Meßsensor und einem Prüfsensor in der Referenzdruckkammer, Figur h zeigt das Ersatzschaltbild des Druckgebers nach Figur 3.Three exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the description below. 1 shows a pressure transducer according to the invention with a capsule for the reference pressure chamber in cross section, FIG. 2 shows a semiconductor pressure transducer with a membrane each for a pressure space and a space with atmospheric pressure, and FIG. 3 shows a capacitive pressure transducer with a measuring sensor and a test sensor in the reference pressure chamber, Figure h shows the equivalent circuit diagram of the pressure transducer according to Figure 3.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
In Figur 1 ist ein mit 10 bezeichneter Druckgeber in vergrößertem Maßstab im Querschnitt dargestellt, der zur Messung eines Absolutdruckes einer FlüssigkeitIn Figure 1, a designated 10 pressure transducer is shown in an enlarged scale in cross section, the for measuring the absolute pressure of a liquid
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oder eines Gases zu verwenden ist. Der Druckgeber 10 enthält im wesentlichen einen Meßsensor 12, der aus einem erstenor a gas is to be used. The pressure transmitter 10 essentially contains a measuring sensor 12, which consists of a first
1-be.i+ek.f Halbleiterchip 11, beispielsweise aus Silizium ',auf dessen Oberfläche vier piezoresistive Sensorelemente 12a in Form einer Widerstandsbrückenschaltung angeordnet sind. Die Sensorelemente 12a, von denen nur zwei in Figur 1 erkennbar sind, befinden sich am Rande einer durch äußere Kräfte verformbaren Membran 13, die durch Abtragen des Halbleitermaterials in einem runden oder elliptischen Bereich auf der Rückseite des Halbleiterchips 11 hergestellt wird. Der Halbleiterchip 11 sitzt fest auf einer Substratplatte lh, indem er dort z.B. mit einer ringförmigen Leiterbahn 15 druckdicht verlötet, verklebt oder gebondet ist. Der elliptische Bereich unter der Membran 13 bildet einen Raum 16, der über eine Bohrung 17 in der Platte 1U mit einem unter Druck stehendem Medium, beispielsweise Luft, ein Gas oder eine Flüssigkeit in Verbindung steht. Für die Zuführung des unter Druck stehenden Mediums ist an der Rückseite der Platte 1U ein Rohrstutzen 18 auf die Bohrung 17 gesetzt, durch den das unter Druck stehende Medium in Pfeilrichtung zur Membran 13 vordringt. Oberhalb des Halbleiterchip 11 befindet sich eine Referenzdruckkammer 19, die nach außen hin durch eine Metallkapsel 20 abgeschlossen ist. Die Referenzdruckkammer 19 ist durch die Membran 13 sowie durch die Platte lh zu dem unter Druck stehenden Medium hin bzw. nach außen abgeschlossen.1-be.i + ek.f semiconductor chip 11, for example made of silicon ', on the surface of which four piezoresistive sensor elements 12a are arranged in the form of a resistance bridge circuit. The sensor elements 12a, only two of which can be seen in FIG. 1, are located on the edge of a membrane 13 which can be deformed by external forces and which is produced by removing the semiconductor material in a round or elliptical area on the back of the semiconductor chip 11. The semiconductor chip 11 is firmly seated on a substrate plate 1h by being soldered, glued or bonded to an annular conductor track 15 in a pressure-tight manner there. The elliptical area under the membrane 13 forms a space 16 which is connected to a pressurized medium, for example air, a gas or a liquid, via a bore 17 in the plate 1U. For the supply of the pressurized medium, a pipe socket 18 is placed on the bore 17 on the rear side of the plate 1U, through which the pressurized medium penetrates to the membrane 13 in the direction of the arrow. Above the semiconductor chip 11 there is a reference pressure chamber 19 which is closed off from the outside by a metal capsule 20. The reference pressure chamber 19 is closed off from the pressurized medium or to the outside by the membrane 13 and by the plate 1h.
Um mit dem Druckgeber 10 den Absolutdruck des Mediums messen zu können, steht die Referenzdruckkammer 19 unter Vakuum. Zur Erzeugung des Vakuums wird beispielsweise die Kapsel 20 im Vakuum mit einer weiteren ringförmigen Leiterbahn 21 auf der Platte 1U druckdicht verlötet. Diese Leiterbahn 21 läßt sich ebenso wie die Leiterbahn 15 beim Einsatz des Druckgebers 10 auf ein Bezugspotential legen, wobei vorzugsweise auch ein Anschluß der BrückenschaltungTo with the pressure transmitter 10 the absolute pressure of the medium To be able to measure, the reference pressure chamber 19 is under vacuum. To generate the vacuum, for example the capsule 20 is soldered pressure-tight in a vacuum to a further ring-shaped conductor track 21 on the plate 1U. These Conductor track 21, like conductor track 15, can be placed on a reference potential when the pressure transducer 10 is used, preferably also a connection of the bridge circuit
des Meßsensors 12 über eine dieser Leiterbahnen mit dem Bezugspotential verbunden ist. Ein weiterer Anschluß des Meßsensors 12 wird über einen Anschlußdraht 22 mit einem Kontaktstift 23 verbunden, der in einer Glasdurchführung 2k druckdicht in der Platte lh befestigt ist.of the measuring sensor 12 is connected to the reference potential via one of these conductor tracks. Another connection of the measuring sensor 12 is connected via a connecting wire 22 to a contact pin 23 which is fastened in a pressure-tight manner in a glass feed-through 2k in the plate 1h.
Zur Überwachung des Vakuums in der Referenzdruckkammer ist der Druckgeber 10 mit einer zweiten Membran 25 versehen, welche die Referenzdruckkammer 19 zu einem Prüfdruck hin abschließt. Die zweite Membran 25 wird von einem Prüfsensor 26 gebildet. Sie trägt vier in einer Brückenschaltung vereinigte piezoresistive Prüfsensorelemente 26aund sie schließt die Referenzdruckkammer 19 gegen eine Prüfdruckkammer ab. -Der Prüfsensor 2β mit der zweiten Membran 25 wird von einem zweiten Halbleiterchip 28 gebildet , der innerhalb der Referenzdruckkammer 19 auf der Platte 1k angeordnet ist. Die Prüfdruckkammer 27 wird dabei durch eine im Bereich der zweiten Membran 25 aus der Rückseite des Halbleiterchip herausgeformten Ausnehmung gebildet. Sie ist nach unten hin durch die TtOlQplatte 1 k druckdicht abgeschlossen, indem der zweite Halbleiterchip- 28 ebenfalls auf einer Bezugspotential führende ringförmige. Leiterbahn 29 der Leiterplatte ~\k gebondet, geklebt bzw. aufgelötet ist. Da die beiden Halbleiterchips 11 und 28 ebenso wie die Kapsel unter Vakuum mit der Platte 1^ verlötet werden, steht auch die Prüfdruckkammer 27 unter Vakuum, Die Prüfsensorelemente 26a sind einerseits auf Bezugspotential gelegt und andererseits über einen Anschlußdraht 30 itii.t einem weiteren Kontaktstift 31 verbunden, der ebenfalls in einer Glasdurchführung 32 in der Platte lh druckdicht eingesetzt ist.To monitor the vacuum in the reference pressure chamber, the pressure transducer 10 is provided with a second membrane 25, which closes the reference pressure chamber 19 to a test pressure. The second membrane 25 is formed by a test sensor 26. It carries four piezoresistive test sensor elements 26a combined in a bridge circuit and it closes off the reference pressure chamber 19 from a test pressure chamber. The test sensor 2β with the second membrane 25 is formed by a second semiconductor chip 28 which is arranged within the reference pressure chamber 19 on the plate 1 k. The test pressure chamber 27 is formed by a recess formed out of the back of the semiconductor chip in the region of the second membrane 25. It is closed in a pressure-tight manner towards the bottom by the TtOlQ plate 1 k in that the second semiconductor chip 28 is also ring-shaped, which also carries a reference potential. Conductor 29 of the circuit board ~ \ k is bonded, glued or soldered. Since the two semiconductor chips 11 and 28, like the capsule, are soldered to the plate 1 ^ under vacuum, the test pressure chamber 27 is also under vacuum.The test sensor elements 26a are on the one hand connected to reference potential and on the other hand via a connecting wire 30 with a further contact pin 31 connected, which is also inserted pressure-tight in a glass duct 32 in the plate lh.
Beim Einsatz des Druckgebers 10 sind die Anschlüsse der Sensorelemente 12a.und 26amit einer Attswerteschaltung verbunden, wobei der Meßsensor 12 den absoluten Druck im Meß-When using the pressure transducer 10, the connections are the Sensor elements 12a and 26a connected to an at-value circuit, the measuring sensor 12 the absolute pressure in the measuring
raum 16 und der Prüfsensor 26 den Druck in der Referenzdruckkammer 19 abfühlt. Bei intaktem Druckgeber 10 steht sowohl die Referenzdruckkammer 19 als auch die Prüfdruckkammer unter Vakuum, so daß die zweite Membran 25 keine Durchbiegung erfährt. Die von den Prüfsensorelementen 26a abgegebenen Signale z.B. O-Signal, werden in der angeschlossenen Auswert eschaltung als Sollwert erfaßt und abgespeichert. Die erste Membran 13 wird dagegen durch das unter Druck stehende Medium im Raum 16 aufgewölbt und die Sensorelemente 12a geben ein davon abhängiges elektrisches Signal ab, welches über die angeschlossene Auswerteschaltung ausgewertet wird.space 16 and the test sensor 26 the pressure in the reference pressure chamber 19 senses. When the pressure transducer 10 is intact, both the reference pressure chamber 19 and the test pressure chamber are in place under vacuum, so that the second membrane 25 does not experience any deflection. The output from the test sensor elements 26a Signals, e.g. O signal, are used in the connected evaluation circuit recorded and stored as a setpoint. The first membrane 13, however, is through the pressurized Medium bulged in space 16 and sensor elements 12a emit a dependent electrical signal, which is evaluated via the connected evaluation circuit.
Sobald nun in der Referenzdruckkammer 19 durch ein Leck Luft oder Gas einströmt, wird das von den Sensorelementen 12a abgegebene Meßsignal verfälscht. Da jedoch die Prüfdruckkammer 27 des Prüfsensors 26 durch die zweite Membran 25 von der Referenzdruckkammer 19 getrennt ist, wird bei einem solchen Leck nunmehr die zweite Membran 25 durch die Druckdifferenz auf beiden Seiten durchgedrückt und die Prüfsensorelemente 26a geben jetzt ein vom Normalzustand (Null) abweichendes Signal ab. Diese Signaländerung wird von der Auswerteschaltung erfaßt und der Defekt des Druckgebers 10 wird angezeigt. Die Überprüfung -des Druckgebers 10 kann dabei sowohl kontinuierlich während des Betriebs oder jeweils beim Einschalten des Druckgebers 10 vorgenommen werden.As soon as air is now in the reference pressure chamber 19 through a leak or gas flows in, the measurement signal emitted by the sensor elements 12a is falsified. Since, however, the test pressure chamber 27 of the test sensor 26 is separated from the reference pressure chamber 19 by the second membrane 25, is at such a leak now the second membrane 25 pushed through by the pressure difference on both sides and the Test sensor elements 26a now emit a signal that deviates from the normal state (zero). This signal change will detected by the evaluation circuit and the defect in the pressure transmitter 10 is displayed. The verification of the pressure transducer 10 can be carried out either continuously during operation or when the pressure transmitter 10 is switched on will.
Figur 2 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel einen Druckgeber ^O mit einer Referenzdruckkammer 1*1, die nach oben von einer ersten Membran k2 eines Meßsensors h'J und nach unten von einer zweiten Membran 1*3 eines Prüfsensors U8 abgeschlossen ist. Die Membranen 1*2 und 1+3 sind jeweils aus einem Halbleiterchip kh und 1*5 durch Abtragen des Halbleitermaterials an ihrer Rückseite gebildet. Die beiden In a further exemplary embodiment, FIG. 2 shows a pressure transducer ^ O with a reference pressure chamber 1 * 1, which is closed at the top by a first membrane k2 of a measuring sensor h'J and at the bottom by a second membrane 1 * 3 of a test sensor U8. The membranes 1 * 2 and 1 + 3 are each formed from a semiconductor chip kh and 1 * 5 by removing the semiconductor material on their rear side. The two
Halbeiterchips sind unter Vakuum auf einander gegenüberliegenden Seiten einer Tragplatte 1+6 druckdicht befestigt, die im Bereich der unter Vakuum stehenden Referenzdruckkammer 1+1 eine entsprechende Ausnehmung hat. Die obere Membran 1+2 schließt die Referenzdruckkammer 1+1 gegen das unter Druck stehende Medium ab und die untere Membran 1+3 schließt die Referenzdruckkammer H 1 gegen einen Prüfdruck ab. Das unter Druck stehende Medium sovie der Prüfdruck s.ind neben der Referenzdruckkammer 1+1 durch die Tragplatte 1+6 voneinander getrennt. Auf der oberen Membran 1+2 sind Sensorelemente 1+7a des Meßsensors 1+7 zur Druckmessung des Mediums und auf der unteren Membran 1+3 sind Prüfsensorelemente l+8a des Prüfsensors 1+8 zur Lecküberwachung der Referenzdruckkammer 1+1 angeordnet.Semiconductor chips are attached pressure-tight under vacuum on opposite sides of a support plate 1 + 6, the in the area of the reference pressure chamber 1 + 1 under vacuum has a corresponding recess. The upper membrane 1 + 2 closes the reference pressure chamber 1 + 1 against the under pressure standing medium and the lower membrane 1 + 3 closes the Reference pressure chamber H 1 against a test pressure. That under Pressurized medium as well as the test pressure are next to the reference pressure chamber 1 + 1 through the support plate 1 + 6 from each other separated. On the upper membrane 1 + 2 there are sensor elements 1 + 7a of the measuring sensor 1 + 7 for measuring the pressure of the medium and on the lower membrane 1 + 3 are test sensor elements 1 + 8a of the test sensor 1 + 8 for leak monitoring of the reference pressure chamber 1 + 1.
Der Druckgeber 1+0 läßt sich beispielsweise zur Überwachung des Reifendrucks am Fahrzeugreifen, verwenden, indem er mit der Tragplatte 1+6 in ein Gehäuse eingesetzt wird, welches wie ein Füllventil in eine Gewindebohrung einer Radfelge eingeschraubt werden kann. Für die vier Fahrzeugreifen werden folglich vier Druckgeber ko benötigt. Zur Lecküberwachung der vier Druckgeber wird dabei die Referenzdruckkammer 1+1 eines jeden Druckgebers 1+0 mit ihrer zweiten Membran 1+3 zum Druck der Außenatmosphäre hin abgeschlossen, die hierbei einen für alle vier Referenzdruckkammern gemeinsamen Prüfdruck bildet. Beim Anschluß der Druckgeber 1+0 an ihre Auswerteschaltung werden durch die Sensorelemente l+7a jeweils elektrische Signale abgegeben, die von dem im Reifen herrschenden Luftdruck abhängig sind. Von den Prüfsensorelementen l+8a werden dagegen von allen vier Druckgebern 1+0 jeweils gleiche elektrische Signale abgegeben, da der Atmosphärendruck für alle vier Druckgeber 1+0 jeweils der gleiche ist. Tritt nun an einem der Druckgeber 1+0 in der Referenzdruckkammer 1+1 ein Leck auf, so kann Luft in dieThe pressure transducer 1 + 0 can be used, for example, to monitor the tire pressure on the vehicle tire by being inserted with the support plate 1 + 6 into a housing which, like a filling valve, can be screwed into a threaded hole in a wheel rim. Consequently, four pressure transducers ko are required for the four vehicle tires. For leak monitoring of the four pressure transducers, the reference pressure chamber 1 + 1 of each pressure transducer 1 + 0 is closed with its second membrane 1 + 3 from the pressure of the outside atmosphere, which forms a test pressure common to all four reference pressure chambers. When the pressure transducers 1 + 0 are connected to their evaluation circuit, the sensor elements 1 + 7a each emit electrical signals which are dependent on the air pressure prevailing in the tire. On the other hand, the test sensor elements 1 + 8a emit the same electrical signals from all four pressure transducers 1 + 0, since the atmospheric pressure is the same for all four pressure transducers 1 + 0. If a leak now occurs on one of the pressure transducers 1 + 0 in the reference pressure chamber 1 + 1, air can enter the
Referenzdruckkammer Ui einströmen. Damit ändern sich auch die elektrischen Signale, die von den Sensorelementen ^Ta und den Prüfsensorelementen U8a des Druckgebers *+0 an die Auswerteschaltung abgegeben werden. Die Auswerteschaltung erkennt nunmehr, daß die elektrischen Signale von den Prüf sensorelementen U8a des defekten Druckgebers Uo von denen der übrigen, intakten Druckgeber abweicht und löst eine entsprechende Fehleranzeige aus.Flow in reference pressure chamber Ui. With that change too the electrical signals produced by the sensor elements ^ Ta and the test sensor elements U8a of the pressure transmitter * + 0 the evaluation circuit can be issued. The evaluation circuit now recognizes that the electrical signals from the test sensor elements U8a of the defective pressure transmitter Uo differs from those of the other, intact pressure transducers and triggers a corresponding error display.
In Figur 3 ist ein kapazitiver Druckgeber 50 in vergrößertem Maßstab im Querschnitt dargestellt, dessen Referenzdruckkammer 51 ebenfalls nach oben durch eine erste Membran 52 und nach unten durch eine zweite Membran 53 abgeschlossen ist. Die erste Membran 52 trägt hier an der Innenseite der Referenzdruckkammer 51 eine großflächige Elektrode 5^- und die zweite Membran 53 trägt ebenfalls an der Innenseite der Referenzdruckkammer 51 eine großflächige Elektrode 55· Beide Elektroden 5^ und 55 wirken mit einer gemeinsamen Mittelelektrode 56 zusammen, die in der Referenzdruckkammer 51 zwischen den beiden Elektroden 5^ und 55 angeordnet ist. Die Mittelelektrode 56 wird dabei durch eine elektrisch leitende Schicht gebildet, die auf einer Tragplatte 57 aus Isoliermaterial aufgetragen ist. Die Tragplatte 57 hat in der Mitte ein Loch 53 mit einer Durchkontaktierung der beidseitig auf der Tragplatte 57 befindlichen elektrisch leitenden Schicht. Durch die Tragplatte 57 ist die Referenzdruckkammer 51 in der Mitte unterteilt, wobei ein von der ersten Membran 52 abgeschlossener Raum 59 oberhalb und ein von der zweiten Membran 53 abgeschlossener Raum 60 unterhalb der Tragplatte 57 gebildet wird. Beide Räume 59 und bO sind dabei über das Loch 58 miteinander verbunden. Die erste Membran 52 schließt die Referensdruckkammer 51 nach außen zu einem unter Druck stehenden Medium ab und die zweite Membran schließt die Referenzdruckkammer 51 zu einem Prüfdruck hin ab.In Figure 3, a capacitive pressure transducer 50 is enlarged Scale shown in cross section, the reference pressure chamber 51 also up through a first Diaphragm 52 and down through a second diaphragm 53 is completed. The first membrane 52 applies here the inside of the reference pressure chamber 51 has a large area Electrode 5 ^ - and the second membrane 53 carries likewise on the inside of the reference pressure chamber 51 a large-area electrode 55 · Both electrodes 5 ^ and 55 act with a common central electrode 56 together, which in the reference pressure chamber 51 between the two electrodes 5 ^ and 55 is arranged. The center electrode 56 is thereby electrically Formed conductive layer, which is applied to a support plate 57 made of insulating material. The support plate 57 has a hole 53 with a via in the middle the electrically conductive layer located on both sides of the support plate 57. Through the support plate 57 the reference pressure chamber 51 is divided in the middle, a space closed off by the first membrane 52 59 above and a space 60 closed off by the second membrane 53 below the support plate 57 will. Both spaces 59 and bO are connected to one another via hole 58. The first membrane 52 closes the reference pressure chamber 51 to the outside to one pressurized medium from and the second membrane closes the reference pressure chamber 51 to a test pressure down.
· i· I
^3747397^ 3747397
Auch dieser Druckgeber 50 kann zur Lecküberwachung mehrerer Druckgeber in der Weise eingesetzt werden, daß die Referenzdruckkammer 51 eines jeden Druckgebers 5'0 mit ihrer zweiten Membran 53 zu einem gemeinsamen Prüfdruck, vorzugsweise zum Atmosphärendruck Pa hin abgeschlossen ist. In Figur h ist dabei das Schaltbild eines solchen kapazitiven Druckgebers 50 dargestellt. Die Elektrode 5^ bildet dabei mit der Mittelelektrode 56 einen als Kondensator 61 wirkenden Meßsensor und die zweite Elektrode 55 bildet mit der Mittelelektrode 56 einen als Kondensator 62 wirkenden Prüfsensor. Wird die Mittelelektrode 56 auf Bezugspotential gelegt und wird an den Elektroden 5^+ und 55 der Sensoren 61 und 62 jeweils eine hochfrequente Meßspannung gelegt, so kann über einen Meßstromkreis der angeschlossenen Auswerteschaltung jeweils die Kapazität der Kondensatoren 61 und 62 ermittelt werden.This pressure transducer 50 can also be used for leak monitoring of several pressure transducers in such a way that the reference pressure chamber 51 of each pressure transducer 5'0 is closed with its second membrane 53 to a common test pressure, preferably to atmospheric pressure Pa. In figure h thereby the circuit diagram of such a capacitive pressure transducer 50 is shown. The electrode 5 ^ forms a measuring sensor acting as a capacitor 61 with the center electrode 56 and the second electrode 55 forms a test sensor acting as a capacitor 62 with the center electrode 56. If the center electrode 56 is connected to reference potential and a high-frequency measuring voltage is applied to the electrodes 5 ^ + and 55 of the sensors 61 and 62, the capacitance of the capacitors 61 and 62 can be determined via a measuring circuit of the connected evaluation circuit.
Bei einem sich ändernden Druck auf der oberen Membran 52 wird der Abstand der oberen Elektrode 5h zur Mittelelektrode 56 verändert und damit folglich auch die Kapazität des Meßsensors 61. Da der Luftdruck Pa an allen überwachten Druckgebern 50 der gleiche ist, wird auch der Abstand der unteren Elektrode 5*+ an der Mittelelektrode 56 und damit die Kapazität des Prüfsensors 62 bei allen zu überwachenden Druckgebern 50 gleich sein. Tritt dagegen an einer der unter Vakuum stehenden Referenzdruckkammern 51 ein Leck auf, so ändert sich die Kapazität des Prüfsensors 62 am defekten Druckgeber 50. Dies wird von der mit den Druckgebern 50 verbundenen Auswerteschaltung erkannt und angezeigt.When the pressure on the upper membrane 52 changes, the distance between the upper electrode 5h and the center electrode 56 is changed and consequently the capacitance of the measuring sensor 61 as well Electrode 5 * + on the center electrode 56 and thus the capacitance of the test sensor 62 must be the same for all pressure transducers 50 to be monitored. If, on the other hand, a leak occurs in one of the reference pressure chambers 51 under vacuum, the capacitance of the test sensor 62 on the defective pressure transducer 50 changes. This is recognized and displayed by the evaluation circuit connected to the pressure transducers 50.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind die Membranen 52 und 53 aus schalenförmigen Körpern 63 und Gh aus Isolierstoff gebildet und auf einander gegenüberliegenden Seiten der Tragplatte 57 druckdicht befestigt.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the membranes 52 and 53 are formed from shell-shaped bodies 63 and Gh made of insulating material and are fastened in a pressure-tight manner on opposite sides of the support plate 57.
A fA f
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, da anstelle des Vakuums die Referenzdruckkammer auch mit einem unter Druck stehenden Gas bzw. mit Druckluft gefüllt sein kann. Zur Erzeugung eines eindeutigen Signales bei einem Leck in der Referenzdruckkammer ist es jedoch zweckmäßig, daß zwischen dem Druck in der Referenzdruckkammer auf der einen Seite der Membran des Prüfsensors und dem Prüfdruck auf der anderen Seite der Membran eine ausreichende Druckdifferenz vorhanden ist. Diese Druckdifferenz tritt entweder gemäß Figur 1 erst bei einem Leck in der Referenzdruckkammer auf oder sie muß gemäß Figur 2 und 3 bei intakten Druckgebern vorhanden sein und bei einem Leck verschwinden. Das Signal des Prüfsensors bei gleichem Druck auf beiden Seiten einer Membran muß sich in jedem Fall eindeutig von dem Signal unterscheiden, das bei starker Druckdifferenz auf beiden Seiten der Membran auftritt.However, the invention is not limited to the illustrated embodiments, since instead of the vacuum the reference pressure chamber can also be filled with a pressurized gas or with compressed air. To generate a clear signal in the event of a leak in the reference pressure chamber, however, it is advisable to that between the pressure in the reference pressure chamber on one side of the membrane of the test sensor and the test pressure on the other side of the membrane there is a sufficient pressure difference. This pressure difference occurs either according to Figure 1 only in the event of a leak in the reference pressure chamber or it must according to Figures 2 and 3 be present with intact pressure transducers and disappear in the event of a leak. The signal from the test sensor with the same pressure on both sides of a membrane, it must be clearly different from the signal in each case differentiate that with a strong pressure difference on both Sides of the diaphragm occurs.
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