壓力變送器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有電阻壓力傳感器元件特別是壓阻壓力傳感器元件的壓力變送器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]根據(jù)本發(fā)明的壓力變送器包括具有測量隔膜的電阻壓力傳感器元件，該測量隔膜具有至少四個電阻器元件，其中該電阻器元件以全橋電路布置，其中該全橋具有必須沿其提供電力的縱向方向，其中在具有恒流的電源的情況下，縱向電壓具有第一壓力依賴性和第一溫度依賴性，以及對角電壓具有第二壓力依賴性和第二溫度依賴性，其中第二壓力依賴性在給定溫度下大于第一壓力依賴性，其中壓力變送器具有處理電路，該處理電路設(shè)計成其于至少對角電壓來確定測量的電壓值，其中該處理電路進一步設(shè)計成檢查縱向電壓和對角電壓的值對在當(dāng)前溫度下是否對應(yīng)于預(yù)期的函數(shù)關(guān)系。
[0003]在本發(fā)明的一個進一步的發(fā)展中，該處理單元設(shè)計成，基于檢查縱向電壓和對角電壓的值對在當(dāng)前溫度下是否對應(yīng)于預(yù)期的函數(shù)關(guān)系的結(jié)果，做出關(guān)于測量的壓力值的質(zhì)量的聲明。
[0004]在本發(fā)明的一個進一步的發(fā)展中，壓力變送器進一步具有用于提供溫度信號的溫度傳感器，該溫度信號是測量隔膜的溫度的函數(shù)，其中該溫度信號不具有壓力依賴性，或者具有小于第一壓力依賴性的壓力依賴性，其中該處理電路設(shè)計成基于至少溫度傳感器的溫度信號來確定測量隔膜的實際溫度。
[0005]在本發(fā)明的一個進一步的發(fā)展中，在某一溫度下縱向電壓和對角電壓之間的預(yù)期的函數(shù)關(guān)系是在參考時間存儲的、在該溫度下縱向電壓和對角電壓之間的函數(shù)關(guān)系。
【附圖說明】
[0006]下面基于附圖中所示的典型實施例更詳細地解釋本發(fā)明。所示的是:
[0007]附圖1是根據(jù)本發(fā)明的變送器的壓力傳感器元件的典型實施例的示意圖；
[0008]附圖2是對角電壓Up和縱向電壓U1之間的函數(shù)關(guān)系的示意圖，其中溫度T是包含在函數(shù)關(guān)系中的獨立參數(shù)；以及
[0009]附圖3是根據(jù)本發(fā)明的變送器的信號路線的典型實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0010]附圖1中所示的壓力傳感器元件I包括測量隔膜10，例如通過蝕刻工藝在硅體11中制備測量隔膜10。測量隔膜10具有連接到惠斯登電橋的四個壓阻電阻器元件12、13、14、15，其中在理想的情況下，第一電阻器元件12和第三電阻器元件14基本上具有第一壓力依賴性，以及第二電阻器元件13和第四電阻器元件15基本上具有第二壓力依賴性，該第二壓力依賴性不同于第一壓力依賴性并且特別是具有不同的符號。在每種情況下，具有不同的壓力依賴性的電阻器元件布置在具有相同壓力依賴性的電阻器元件之間的電橋電路中。在圍繞壓力傳感器元件I的測量隔膜10的邊緣區(qū)域20中，布置接觸表面22、23、24、25，其中每個接觸表面接觸兩個電阻器元件之間的電橋電路。供電或測量線連接到接觸表面。例如能夠使用恒流在測量操作中給電橋電路供電，為此，必須在彼此直徑上對置布置的第一接觸表面22和第三接觸表面24之間施加縱向電壓U1。能夠在彼此直徑上對置布置且與第一和第三接觸表面對角布置的第二接觸表面23和第四接觸表面25之間分接依賴壓力的對角電壓。
[0011]在理想情況下，在測量隔膜的其余位置的電阻器元件具有相同的電阻，以致對角電壓在其余位置是零。
[0012]如果具有不同的壓力依賴性的電阻器元件具有精確反對稱的壓力依賴性，SPR1(P)-Ri(P = O) = R3(p)_R3(p = 0) = R2(p = 0)-R2(p) = R4(p = 0)-R4(p)，則縱向電壓Ui將獨立于壓力P。因為這是很難實行的，所以縱向電壓也具有壓力依賴性?？v向電壓和對角電壓還具有顯著的溫度依賴性，其中縱向電壓的溫度依賴性高于其壓力依賴性。在第一近似中，能夠以縱向電壓的函數(shù)來補償對角電壓的溫度依賴性。
[0013]因此，壓力傳感器元件具有像壓力和溫度的函數(shù)一樣的縱向電壓U1(PJ)和對角電壓UP(p，T)的變換函數(shù)。
[0014]本發(fā)明現(xiàn)在假定:能夠基于變換函數(shù)在已知壓力傳感器元件的溫度的情況下檢查當(dāng)前測量的值對?Μρ,ΤΚυΧρ,Τ)是否是可信的，即在給定的溫度下，縱向電壓U1(Pd)在同時測量的對角電壓υΡ(ρ，Τ)的情況下是否對應(yīng)于預(yù)期的縱向電壓。為了對此更詳細地解釋，現(xiàn)在參照附圖2。
[0015]附圖2示出具有四個壓阻電橋電阻器的惠斯登電橋電路的縱向電壓U1(UpT)的曲線，縱向電壓U1(UpT)為惠斯登電橋電路的依賴壓力和溫度的對角電壓Up的函數(shù)。其中，在附圖2中，為了清楚起見，將UpM(PoL)而不是…選作橫坐標(biāo)(j = l，2，3，4)。在第一近似中對角電壓與縱向電壓成比例的范圍內(nèi)，這種標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)致了標(biāo)準(zhǔn)化的對角電壓UP/Ui (Po，Tj)對在不同溫度乃下的相同壓力來說具有近似相同的值，以致不同溫度下壓力范圍的曲線是疊合的，這樣就允許在附圖中更好地說明。在此，除數(shù)UpM(PoA)是在溫度Tj和受限于Ud(P)=0的平衡壓力po下的預(yù)期縱向電壓值，其中乃是測量電橋溫度，優(yōu)選使用額外的不依賴壓力的溫度傳感器來檢測L。為了在現(xiàn)場設(shè)備中實施本發(fā)明，能夠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化UpM(PqA)，但這不是必須的，因為即使在沒有這種標(biāo)準(zhǔn)化的情況下也能夠檢查當(dāng)前測量的縱向電壓瓜是否對應(yīng)于預(yù)期的值lMp，T)。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的壓力變送器的產(chǎn)生和補償期間，對每個壓力變送器記錄在不同溫度乃^二^廣^⑴下覆蓋壓力和溫度的特定范圍值的數(shù)據(jù)瓜化^八并且將數(shù)據(jù)瓜化，”#儲在壓力變送器的數(shù)據(jù)存儲器中，例如，作為完全的多項式表示，或者作為使用插值算法得到的用于U1 (Up，T)的中間值的采樣點Uli, j = U1 (Upi，Tj)的表。
[0017]如在附圖2中由虛線示出的，定義用于每個函數(shù)U1(UpJj)的公差范圍，該函數(shù)應(yīng)當(dāng)包括縱向電壓U1的實際測量值，以及測量操作中同時測量的對角電壓Up和溫度T的值。
[0018]如果不是這種情況，則指示變換函數(shù)中的一個已經(jīng)改變了，以致不再保證測量的壓力值P(IVU1)的質(zhì)量。變送器被設(shè)計成以信號通知此事。
[0019]準(zhǔn)確知道壓力傳感器元件I的溫度對所述的壓力傳感器元件I的監(jiān)視當(dāng)然是基本的。為此，如圖1所示，鄰接測量隔膜的壓力傳感器元件I的邊緣區(qū)域20具有第五電阻器元件32，其電阻值優(yōu)選專門依賴于溫度，并且在任意情況下，具有顯著低于電橋電路的縱向電阻的壓力依賴性。經(jīng)由第五和第六接觸表面34、36第五電阻器元件是可接觸的。
[0020]如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的壓力變送器100的典型實施例包括壓力傳感器元件1，其如已經(jīng)連同附圖1所討論的壓力傳感器元件I。
[0021]壓力變送器100還包括壓力變送器100還包括ASIC 40，其具有模擬輸出，該模擬輸出用于供給壓力傳感器元件I的電橋電路和基本上不依賴壓力的電阻器元件。在每種情況下提供恒定的電流。而且，ASIC具有模擬輸入，該模擬輸入用于記錄電橋電路的對角電壓。
[0022]ASIC 40還包括數(shù)字輸出，在該數(shù)字輸出中輸出了三個值:對角電壓…、縱向電壓U1及橫跨實質(zhì)上不依賴壓力的電阻器元件的電壓Ut。
[0023]壓力變送器100進一步包括具有數(shù)據(jù)存儲器52的信號處理器50，其中一方面存儲了用于確定壓力和溫度的補償系數(shù)，另一方面存儲了縱向電壓U1(UpT)對對角電壓Up和溫度的函數(shù)依賴性，或者縱向電SU1(UpUt)對對角電壓Up和橫跨實質(zhì)上不依賴壓力的電阻器元件的電壓Ut的函數(shù)依賴性。
[0024]在存儲信息和由ASIC提供的三個值的基礎(chǔ)上，信號處理器確定壓力P和溫度T的值。基于存儲的數(shù)據(jù)它還檢查縱向電壓是否對應(yīng)于預(yù)期的值IMUP，T)或?ΜυΡ，υτ)。信號處理器輸出三個值，包含測量的壓力值、溫度讀取和關(guān)于測量的壓力值的狀態(tài)信息，即縱向電壓IMUP，T)或Ui(IVUt)是否是如預(yù)期。
[0025]壓力變送器100還包括主處理器60，主處理器60接收由信號處理器確定的值，并且將該值準(zhǔn)備傳達到控制系統(tǒng)。
【主權(quán)項】
1.一種壓力變送器，包括: 電阻壓力傳感器元件(1)，所述電阻壓力傳感器元件(1)具有測量隔膜(10)，所述測量隔膜(10)具有至少四個電阻器元件， 其中所述電阻器元件(12、13、14、15)以全橋電路布置， 其中所述全橋具有必須沿其向所述全橋提供電力的縱向方向， 其中在具有恒流的供電的情況下，縱向電壓具有第一壓力依賴性和第一溫度依賴性，以及對角電壓具有第二壓力依賴性和第二溫度依賴性， 其中所述第二壓力依賴性在給定的溫度下大于所述第一壓力依賴性， 其中所述壓力變送器包括處理電路，所述處理電路設(shè)計成基于至少所述對角電壓，并且如有必要還基于所述縱向電壓，來確定測量的壓力值， 其特征在于:所述處理電路進一步設(shè)計成檢查縱向電壓和對角電壓的值對在當(dāng)前溫度下是否對應(yīng)于預(yù)期的函數(shù)關(guān)系。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器， 其中處理單元設(shè)計成，基于檢查縱向電壓和對角電壓的值對在當(dāng)前溫度下是否對應(yīng)于預(yù)期的函數(shù)關(guān)系的結(jié)果，做出關(guān)于所述測量的壓力值的質(zhì)量的聲明。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力變送器，還包括: 溫度傳感器(32)，所述溫度傳感器(32)用于提供溫度信號，所述溫度信號是所述測量隔膜的溫度的函數(shù)，其中所述溫度信號不具有任何壓力依賴性，或者具有小于所述第一壓力依賴性的壓力依賴性， 其中所述處理電路設(shè)計成基于至少所述溫度傳感器的溫度信號來確定所述測量隔膜的實際溫度。4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的壓力變送器， 其中在某一溫度下所述縱向電壓和所述對角電壓之間的預(yù)期的函數(shù)關(guān)系是在參考時間存儲的、在所述溫度下所述縱向電壓和所述對角電壓之間的函數(shù)關(guān)系。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種壓力變送器，該壓力變送器包括具有測量隔膜(10)的電阻壓力傳感器元件(1)，該測量隔膜具有至少四個電阻器元件。電阻器元件(12、13、14、15)以全橋電路布置，所述全橋具有將向所述全橋供電的縱向方向。當(dāng)提供恒流時，縱向電壓具有第一壓力依賴性和第一溫度依賴性，以及對角電壓具有第二壓力依賴性和第二溫度依賴性，所述第二壓力依賴性在給定的溫度下大于第一壓力依賴性。壓力變送器具有處理電路，該處理電路設(shè)計成至少使用該對角電壓及可選地使用縱向電壓確定測量的電壓值。本發(fā)明的特征在于：將該處理電路進一步設(shè)計成檢查在當(dāng)前的溫度下縱向電壓和對角電壓的值對是否對應(yīng)于預(yù)期的函數(shù)關(guān)系。
【IPC分類】G01L27/00, G01L19/04
【公開號】CN105579820
【申請?zhí)枴緾N201480051141
【發(fā)明人】艾爾瑪·沃斯尼察, 達維德·帕羅托, 拉爾斯·卡爾韋克, 烏爾里希·布德爾, 奧拉夫·特克斯托爾
【申請人】恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年8月11日
【公告號】DE102013110368A1, EP3047249A1, WO2015039810A1