压力传感器的制作方法

专利名称：压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力传感器，尤其涉及一种压差传感器。
背景技术：
例如从EP0083496B1或欧洲专利申请03015055公开了此种压力传感器。该压差传感器由半导体基片构成，在内部区域中削薄成一块薄膜。在该内部区域中，设置有四个测量电阻，它们连接成一个测量电桥，于是通过薄膜的变形，可测定邻近薄膜两侧面的压力作为压差。
此外，从所述的现有技术中已知，在作为载体环绕薄膜的半导体基片上设置有附加的、在压差作用下不变形的补偿电阻，以便消除受温度限制的影响和邻近薄膜两侧面的、在薄膜的周边施加于载体端侧的系统压力的影响。
不过，该结构存在一定缺陷。这样，基片上的补偿电阻必须尽可能地远离薄膜设置，以便消除施加于薄膜的压差对补偿电阻的影响。这就扩大了压力传感器的结构。因为补偿电阻不受压差的影响，如果它与薄膜上的测量电阻连接，就会纯被动地增大电路的总电阻，由此降低测量压差的测量精度。

发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种改进的、提高了测量精度并缩小了结构的压力传感器。该目的是通过具有权利要求1给出的特征的压力传感器实现的。优选实施方式由从属权利要求、说明书以及附图阐明。
依据本发明的压力传感器具有一个载体，该载体例如由一个半导体基片构成，并在其内部区域中构造一个薄膜。该薄膜可按已知方式通过削薄半导体基片而在中间区域中与载体一体形成。在该薄膜上设置有第一测量元件，以检测因对薄膜加压引起的变形。该测量元件例如可以是一个以压阻形式进行工作的测量电阻。该测量电阻可按已知的方式通过对半导体材料进行掺杂而构造在薄膜自身中，以便检测薄膜中的应力或应变。就半导体基片而言，例如可使用具有<100>级表面的单晶硅。测量电阻或应变传感器优选在薄膜中以n型掺杂的方式构造。作为替换，可按已知方式将对应变起反应的测量元件加设到薄膜的表面上。为此，例如可使用由多晶硅(Polysilizium)制成的应变测量片。根据本发明，在第一测量元件的附近，设有至少一个同样设置在薄膜上或薄膜中的第二测量元件。该第二测量元件可相应于第一测量元件构造在薄膜自身的半导体材料中，或作为测量元件设置在薄膜表面上。此外，将该测量元件设置成用于检测施加在薄膜上的压力。在加压时，薄膜变形，这可通过第一和第二测量元件以应变或应力变化的形式在薄膜中或在薄膜表面上进行检测。
依据本发明，第一和第二测量元件以如下的方式设置在薄膜上，即，使得第一测量元件和第二测量元件距薄膜的边缘相隔不同的距离。这也就是说，一个测量元件更靠近薄膜的边缘，而另一个测量元件更靠近薄膜的中心。对第一和第二测量元件的输出信号例如第一和第二测量元件的电阻变化以如下的方式合并分析，即，两个测量元件共同检测施加于薄膜的压差，也即邻近两薄膜表面的压力之间的压差，并同时补偿施加于薄膜的两侧面或表面的系统压力的影响。薄膜的两侧面或两个相对置的表面之间的压差导致薄膜朝一侧偏转，这可由两测量元件以应变变化或应力变化的形式来进行检测。如果将这样一个压力传感器设置在一个系统例如一个液压系统中，则薄膜的两侧面和环绕薄膜的载体上还会施加有系统压力，这会使测量结果失真。通过根据本发明的第一和第二测量元件的设置方式和对其输出信号的分析，可补偿系统压力的影响。
该补偿基于这样的理解，即，施加于薄膜的压差在薄膜的边缘区域、薄膜的中间区域或中央区域中产生符号不同但幅度基本相同的应力或应力变化。不过，相同地施加于薄膜的两侧并在薄膜的周边施加于载体端侧的系统压力的影响会在薄膜的中央和边缘区域中引起应力或应力变化，其不仅具有基本相同的幅度大小，还具有相同的符号。在中央区域与边缘区域之间是一个中性区域，在该中性区域中因压差的影响检测不到应力或变形。压差或系统压力对薄膜的变形或产生的应力的不同影响使得能够通过测量元件在薄膜上的相应排列和测量元件输出信号的相应分析或连接来补偿系统压力对压差测量的影响。为此，两个测量元件设置在不同的、对压力起反应的薄膜区域中，也即设置成距薄膜的边缘相隔不同的距离。
因此，依据本发明，就可去除设置在基片上的补偿电阻。一方面，因为基片或载体不必构造得那么大，以致补偿电阻要与薄膜离得足够远，所以这能将压力传感器构造得较小。此外，本发明设置方式的优点在于，无论是第一测量元件还是第二测量元件都对因压差变化引起的薄膜的偏转起反应。这意味着，两个测量元件都积极参与压差的测量。不再需要仅设置为用来补偿系统压力但却不对压差起反应的补偿电阻。按此方式，就在压差测量时减少了电路中的无源电阻，于是提高了测量精度。
有利的是，所述至少一个第一测量元件设置在薄膜的边缘区域中，所述至少一个第二测量元件设置在薄膜的中央区域中，或设置在位于薄膜的边缘区域与中央区域之间的中性区域中。作为替换，在另一优选设置方式中，所述至少一个第二测量元件设置在薄膜的中央区域中并且所述至少一个第一测量元件设置在薄膜的边缘区域或位于薄膜的边缘区域与中央区域之间的中性区域中。该设置方式确保了第一和第二测量元件以如下的方式分布在薄膜上，即，使得系统压力对两个测量元件的输出信号的影响是不同的。在一个或多个第一测量元件设置在薄膜的边缘区域中且一个或多个第二测量元件设置在薄膜的中央区域中的情况下，因系统压力产生的、由第一和第二测量元件检测的应力或应力变化具有相同的符号，而因压差引起的应力变化在两个测量元件或两组测量元件中具有不同的符号。如果测量元件的一个设置在中性区域中，则压差根本不会对该测量元件产生影响，倒是会对设置在中性区域之外的另一个测量元件或另一组测量元件产生影响。不过，施加于薄膜的系统压力也对薄膜中性区域中的测量元件产生影响。因此，通过相应地连接第一和第二测量元件的输出信号或通过相应地分析输出信号，就可检测压差和系统压力，或补偿系统压力对检测的薄膜两侧之间的压差的影响。
有利的是，各有四个第一测量元件和四个第二测量元件设置在薄膜上，它们以电桥电路的方式彼此连接。这意味着，所述四个第一测量元件和四个第二测量元件分别优选以公共的电桥电路的方式彼此连接。
所述四个第一测量元件和四个第二测量元件优选分别以如下的方式进行构造或设置，即，使得其中的两个测量元件具有正输出信号，其中的两个测量元件具有负输出信号。这意味着，两个第一测量元件具有正输出信号，而两个第二测量元件具有负输出信号。相应地，两个第二测量元件可具有正输出信号，而另两个第二测量元件具有负输出信号。这一设置方式使得对第一和第二测量元件输出信号的合并分析变得简单。因此，在第一或第二测量元件彼此连接的电桥电路中，例如在惠斯登电桥电路中，负输出信号很容易与正输出信号相减。这样就去除了执行计算操作的昂贵的分析电子装置，而是可以在简单的电桥电路中很容易地实现所需的加法和减法，例如在电桥电路中相应的因其不同符号引起的测量元件的电阻变化彼此相减。
具有不同符号的输出信号可通过测量元件的不同构造或不同设置来获得。对压阻测量元件来说，由于该测量元件是通过其薄膜半导体材料的掺杂生产的，因此，可以通过以下实例的方式实现输出信号的符号变换，如在薄膜的平面上设置两个相对其他两个测量元件旋转90°的测量元件。通过掺杂技术产生的测量元件始终检测各薄膜位置上的总受力状态。这就是说，旋转90°的测量元件还检测到与其它测量元件相同的总受力状态，只不过其输出信号具有相反的符号。在使用加设(例如粘接)到薄膜表面上的应变测量元件时，可使用不同的应变测量元件，也即两个在膨胀(Dehnung)时具有正输出信号的应变测量元件和两个在压缩(Stauchung)时具有正输出信号的测量元件。如果这些应变测量元件沿相同方向设置，也即沿着薄膜的相同轴设置的话，它们就检测该方向上薄膜的相同的膨胀变化，但是在压缩时具有正输出信号的测量元件的输出信号的符号与在膨胀时具有正输出信号的测量元件的输出信号的符号相反。
此外，优选的是，以如下的方式构造薄膜，即，使得在加压时薄膜沿着第一轴的变形特性不同于沿着垂直于第一轴延伸的第二轴的变形特性。该设置方式在使用双向测量元件时，也即使用检测薄膜平面两轴向上的总受力状态的测量元件时，尤为有利。通过按照薄膜沿着其两相互垂直的轴具有不同变形特性的方式构造薄膜，尤其实现了系统压力沿着两个轴对薄膜的变形或应力的影响是不同的。垂直于薄膜表面施加于两薄膜表面的系统压力不会直接影响压差的测量结果，因为该压力以相同的方式施加于薄膜的两表面。因此，系统压力基本上仅沿着平行于薄膜表面的方向在薄膜的边缘施加于载体或基片的端面而影响测量结果。如果将薄膜构造成其沿着两个轴具有不同的变形特性，因纵向的棱边不同，沿着平行于薄膜表面施加于薄膜上的、施加于基片棱边的作用力沿着薄膜表面两个相互垂直的轴产生不同的应力。有利的是，一个方向上的应力或力明显大于另一个方向上的应力或力，于是就可忽略较小的力。这也就可利用双向的测量元件在薄膜的中间或中央区域中检测因系统压力引起的应力变化。此外，尽管上述的薄膜构造在使用双向测量元件时尤为有利，但其也可在使用单向测量元件时将之加以使用。
第一和第二测量元件通过有利的方式以公共的电桥电路例如惠斯登电桥电路的方式彼此连接。这样做的优点在于，传感器仅发送与要检测的压差成比例的输出信号。该输出信号已针对施加于薄膜两侧的系统压力的影响进行了校正。因此，无需彼此独立地确定压差和系统压力且随后处理这两种相应的信号，从而补偿系统压力对检测的压差值的影响。不过，在本发明的构造中，也可在第一和第二测量元件的公共电路连接中，设置端子连接点，在端子连接点上可读出与系统压力成比例的信号，以便也能够用数字形式确定系统压力。
特别优选的是，第一和第二测量元件以惠斯登电桥电路的方式彼此连接，其中，在电桥电路的每个支路中分别串接设置一个第一测量元件和一个第二测量元件。按此方式，累加在电桥电路的每个支路中第一和第二测量元件的输出值。因此，在测量电阻的情况下，例如累加在电桥电路的每个支路中第一和第二测量元件的电阻。
优选的是，在电桥电路的每个支路中将两个输出信号符号不同的测量元件串接。这使得在电桥电路的支路中减去串接的测量元件的输出信号成为可能。
优选的是，测量元件设置在薄膜的一个或多个在加压时产生最大变形的区域中。如上所述，可将薄膜构造成沿着两个彼此垂直的轴具有不同的应变或变形特性。在这种情况下，测量元件例如沿着一个在加压时产生最强的薄膜变形特性的区域设置。按此方式，就提高了压力传感器的灵敏度和测量精度。此外，测量元件也可设置在对薄膜加压时产生最大变形或应力的薄膜的边缘区域中。
例如，可以如下的方式实现在加压时薄膜沿着两个彼此垂直的轴出现不同的变形或应变特性，即，薄膜在第二轴方向上的长度大于第一轴(垂直于第二轴)方向上的长度。如此在加压时，纵向构造的、在载体中固定张紧的薄膜具有这样的变形特性，即，第一轴即短轴方向上的应力大于第二轴即长轴方向上的应力。尤其是施加于载体或基片棱边的系统压力的影响导致沿着薄膜的两个轴的应力或应变不同。测量元件优选设置在短轴的方向上，必要时以如下的方式对准，即，使得测量元件检测短轴方向上的应力或应变变化。
这种具有不同轴向长度的薄膜例如可以构造成矩形或椭圆形，或构造成其它具有不同轴向长度的形式。
优选地，薄膜在第二轴和第一轴方向上的两长度所成的长度比介于1.2-4之间，优选为约2.5。就该长度比而言，就能实现在加压时产生的沿第一轴即短轴方向上的应力明显大于沿长轴方向上的应力。
适当的是，从第二轴的方向看，第一和第二测量元件设置在薄膜的中间区域中。就在两个彼此垂直的轴的方向上具有不同长度的薄膜来说，第二轴是长度较大的轴。这意味着，测量元件设置在一个基本上位于长轴的中间区域中且在短轴的方向上从薄膜的一侧向薄膜的相对侧延伸。这是在对薄膜加压时产生最大应力或变形的区域。
薄膜特别优选地构造为具有两个不同长度的侧面或轴的矩形，由此就能在加压时在优选设置测量元件的长轴的中间区域中存在均匀的由所有测量元件检测的应力或应力变化。在将半导体基片用作薄膜材料时，如上所述，优选以如下的方式设置构造为棱长不同的矩形的薄膜，即，使得其棱边在<110>-方向上延伸。
还可将薄膜构造成在两个彼此垂直的轴上具有不同的变形特性，薄膜在不同的区域中构造成具有不同的厚度，于是薄膜就在不同的方向上具有不同的变形特性。在此，同样优选将薄膜构造为，使得在加压时薄膜在第一轴方向上产生的应力大于在垂直于第一轴的第二轴方向上产生的应力。适合的是，如上所述，在加压时尤其通过系统压力的作用产生最强变形或应力的轴向上设置测量元件。


下面参照附图对本发明进行示范性的描述。其中图1示出了根据本发明构造的压力传感器第一实施方式的示意平面图；图2示出了根据本发明构造的压力传感器第二实施方式的示意平面图；
图3示出了根据本发明构造的压力传感器第三实施方式的示意平面图；图4示出了根据本发明构造的压力传感器第四实施方式的示意平面图；图5示出了根据本发明构造的压力传感器第五实施方式的示意平面图；图6示出了根据本发明构造的压力传感器第六实施方式的示意平面图；图7示意性地示出了图1至6的压力传感器的测量元件的连接；图8示出了因施加于薄膜的压差引起的薄膜中的应力的曲线；图9示出了因施加于薄膜两侧的系统压力引起的薄膜中的应力的曲线；图10示意性地示出了因系统压力引起的在薄膜三个位置上的应力；图11示意性地示出了因压差引起的在薄膜三个位置上的应力；图12示意性地示出了因系统压力和压差引起的在薄膜三个位置上的应力；图13示意性地示出了组合信号；以及图14示出了与图1和图4所示的压力传感器相似的、设有附加端子以读出系统压力的压力传感器的示意平面图。
具体实施例方式
参照

的本发明的压力传感器具有由半导体材料制成的载体或基片2，一个矩形薄膜4在载体2的中间区域中通过削薄而与载体2一体地构造。该薄膜构造为，使得它在沿y轴方向的棱边长度大于沿x轴方向的棱边长度。薄膜4的两表面可按公知方式加压，以便能确定因薄膜的偏转引起的、邻近薄膜相对置的表面上的两压力之间的压差。为此，在薄膜上设置八个测量电阻形式的测量元件。在图1至图3的实施例中，通过对半导体材料进行掺杂而直接在薄膜表面中将测量电阻构造为压阻元件。四个测量电阻R1靠近两个彼此相对置的纵侧6设置。另外四个第二测量电阻R3与薄膜4的棱边或边缘进一步隔开地进行设置。所有八个测量电阻R1和R3都沿着薄膜短轴x方向的线条大致设置在纵侧6的中心。在所示的具有不同纵向侧边的矩形薄膜中，该位置是在加压情况下出现最大应力的区域。沿y轴方向的应力要小得多。在图1至图6的实施例中，各设有四个测量电阻R1和测量电阻R3，其中的两个测量电阻R1-和R3-各具有负输出信号，而另外两个测量电阻R1+和R3+则各具有正输出信号。这意味着，在测量元件为测量电阻形式的情况下，具有负输出信号的测量电阻的电阻在应力变化时减小，而具有正输出信号的测量电阻的电阻在应力变化时增大。如上所述，图1至图3所示的测量电阻为压阻测量元件，其通过掺杂技术在薄膜4的半导体基片中产生例如具有100级表面的单晶硅，其中对测量元件或应变检测器R1和R3进行n型掺杂。对于这些掺杂的测量检测器来说，不同的输出信号符号是以如下的方式来实现的，即，使得测量元件彼此旋转90°地在薄膜表面中对准。这在图1至图3中示出，其中测量元件R1-和R3-沿y轴方向对准，测量元件R1+和R3+沿x轴方向对准。正如在图1至图3的实施例中使用的那样，掺杂的测量检测器始终测量沿x轴和y轴方向的整体受力状态。因此，就该测量检测器而言，有利的是，薄膜被构造为具有两个不同的纵向侧边的所述矩形形式，于是在x轴方向上施加于测量元件的应力就大于沿y轴方向施加于测量元件的应力。
在图4至图6的实施例中，使用设置在薄膜表面上的、例如由多晶硅构成的应变测量片。此种应变测量片可这样实现符号变换，即，使用在膨胀时增大其测量电阻的应变测量片，和在膨胀时减小其测量电阻也即在压缩时增大其测量电阻的第二应变测量片。按此方式，也就可利用应变测量片实现如图4至图6所示的设置，其中使用在膨胀时具有负输出信号的测量电阻R1-和R3-和在膨胀时具有正输出信号的测量电阻R1+和R3+。
设置或构造具有不同符号的测量电阻R1和R3的目的在于，使得各个测量电阻的信号在电路中可彼此相减。这也就是说，各个测量电阻R1和R3输出信号的计算可在简单的电桥电路中实现。正如参照图7说明的那样，在此重要的是，在电桥电路的每个支路中，设置有具有正输出信号的测量电阻和具有负输出信号的测量电阻。在此，正负输出信号在测量电阻R1和R3中的分配也可与图1至图6中所示实例中的情况相反。
此外，图1至图6示出了测量电阻R1和R3沿x轴的三种不同排列。在图1和图4的实施例中，靠外的测量电阻R1直接设置在薄膜4的边缘区域R，而测量电阻R3设置在中间区域或中央区域M中。在图2和图5的实施方式中，靠外的测量电阻R1设置在中性区域N，该中性区域N沿x轴方向位于薄膜4的边缘区域R与中间区域M之间。在图3和图6的第三排列方案中，靠外的测量电阻R1设置在边缘区域R，而靠内的测量电阻R3设置在薄膜4的中性区域N。稍后参照图8至图13对根据测量电阻R1和R3的此种排列获得的测量原理进行说明。
在图1至图6的实施例中，四个测量电阻R1和四个测量电阻R3以图7的公共电桥电路的方式彼此连接。相应地，在基片上设置有四个电子端子8、10、12和14。正如图1至图6中表示的导线和图7中所示的电路那样，八个测量电阻R1和R3以惠斯登电桥电路的方式这样进行连接，即，使得在四个支路A、B、C和D的每个支路中彼此连接靠近薄膜4的边缘区域设置的测量元件R1和靠近薄膜4的中央区域或中间区域设置的测量元件R3。电桥电路的支路A、B、C和D中的测量元件R1和R3各自串接。此外，如前所述，在电桥电路的每个支路A、B、C和D中，具有正输出信号的测量电阻R1+或R3+和具有负输出信号的测量电阻R1-或R3-各自串接地设置，于是设置在电桥电路的同一支路中的两测量电阻的输出信号因为符号不同而相减。如果在本说明书中谈及测量电阻的输出信号，在此实际涉及的是因应力变化或应变变化出现的电阻变化，其在测量电阻R1-和R3-中为负，而在测量电阻R1+和R3+中为正。支路A示范性地以虚线边界在图1至图6中示出。支路A中设置有具有正输出信号的测量电阻R1+(其靠近薄膜的边缘)和具有负输出信号的测量电阻R3-(其靠近薄膜4的中心)。相应地，在电桥电路的支路C中设置有测量电阻R1+和R3-，电阻R1+和R3-在薄膜上相对于其中点点对称地对置。电阻R3+和R1-以相同的方式分别设置在电桥电路的支路B和D中。
测量电流IS设置在电子端子10和12上。与施加于两个薄膜表面的压差成比例的输出电压Vout可在电子端子8与14之间获取。通过依据本发明的图7中所示的电桥电路中测量元件或测量电阻R1和R3的设置方式，在确定因薄膜偏转引起的压差时，考虑施加于两薄膜面和在薄膜4的周边施加于基片2的系统压力并相应地补偿系统压力的影响，从而已消除了系统压力对输出信号Vout的影响。
此种补偿基于参照图8和图9说明的原理。图8和图9示出了应力曲线，其中描绘了相对于薄膜4的x轴方向和y轴方向的总应力Δ(σxx-σyy)的变化。在此，所示的特性曲线各示出了薄膜4的四分之一，也即，描绘在曲线图轴上的从薄膜中点数起的x和y坐标。图8示出了由施加于薄膜4上两表面之间的压差引起的应力或应力变化。在此，要注意的是，边缘区域R中因压差引起的应力或应力变化的符号与薄膜中央或中间区域M中应力变化的符号相反。在位于薄膜的边缘区域R与中间区域M之间的中性区域N(见图1至图6)中，不会因压差或压差变化而产生应力变化。在边缘区域R与中间区域M之间曲线的通过零点位于该位置。区域R和M中的幅度基本相同。如图1所示，在薄膜4的边缘区域R中设置有测量电阻R1，而在中间区域M中设置有测量电阻R3。
以相同方式施加于薄膜4的两侧面或表面并在薄膜的周边施加于载体端侧的绝对或输出或系统压力在薄膜中产生具有一条应力变化曲线的应力变化，正如在图9的曲线图中所示的那样。这里要注意的是，薄膜4的边缘区域R、中性区域N以及中间区域M中的应力变化具有基本相同的幅度和相同的符号。因此，因系统压力引起的应力变化在设置有测量电阻R3的薄膜的中间区域M中具有与因系统压力在该区域M中引起的应力变化不同的符号。这些应力变化的不同符号在参照图1至图7说明的测量电阻R1和R3的电路中用于补偿系统压力对压差测量结果的影响。
现在参照图10至图13对补偿原理进行说明。图10示出了因系统压力的影响在薄膜4的边缘区域R、中性区域N和中间区域M中产生的应力变化ΔS，正如参照图9所述的那样。在图10的示意图中，还要再次注意的是，薄膜4的三个区域R、N和M中的应力变化ΔS具有基本相同的幅度和相同的符号。图11相应地在示意图中示出了薄膜4的边缘区域R、中性区域N和中间区域M中的应力变化ΔD，其是由施加于薄膜4的压差引起的。正如参照图8所述的那样，因压差而在边缘区域R和中间区域M中引起的应力变化具有相反的符号，而在中性区域N中不会因压差产生应力变化。
在图12的曲线图中，在公共的曲线图中示出了根据图10和图11的应力变化ΔD和ΔS，其中要注意的是，在薄膜4的中间区域M中的应力变化ΔS和ΔD具有不同的符号，而在薄膜4的边缘区域R中的应力变化ΔS和ΔD具有相同的符号。如果压差反向地施加于薄膜4上，刚好相反，在边缘区域R中ΔS和ΔD具有不同的符号，而在中间区域M中ΔS和ΔD具有相同的符号。
图13中示意性地示出了信号变化ΔG，其通过在薄膜4的边缘区域R、中间区域M和/或中性区域N中减去应力变化而产生，正如其在前面描述的惠斯登电桥电路中的支路中所实施那样。对于测量电阻R1设置在薄膜4的边缘区域R中且测量电阻R3设置在中间区域M中的情况(依据图1和图4)，在图13左边的条形图中要注意的是，在减去应力变化ΔS和ΔD时，因边缘区域R和中间区域M中应力ΔD的符号不同，导致边缘区域R和中间区域M中应力变化ΔD的数值累加，而系统压力ΔS的影响因幅度和符号相同而在边缘区域R和中间区域M中消除。
如果测量电阻R1设置在中性区域N中且测量电阻R3设置在中间区域M中(依据图2和图5)，在信号相减时，产生信号变化ΔG，其由图13中间的条形图示出。在此，系统压力ΔS的影响也通过减法消除，且ΔD对应于中间区域M中应力变化ΔS的数值，因为应力变化ΔD在中性区域中为零。
如果测量电阻R1设置在薄膜4的边缘区域R中且测量电阻R3设置在薄膜4的中性区域N中(依据图3和图6)，则产生信号变化ΔG，其由图13右边的条形图示出，中性区域中的信号ΔD和ΔS与边缘区域中的信号ΔD和ΔS相减。因为应力变化ΔS的符号和幅度相同，所以将消除其影响，且ΔG与因边缘区域R中的压差引起的信号变化相对应。按此方式，就可通过连接测量电阻R1和R3来消除或补偿系统压力ΔS的影响。应力变化ΔS和ΔD在薄膜的各区域中以如下的方式彼此相减，即，如上所述，测量电阻R1和R3成对地具有符号不同的输出信号且以图7所示的惠斯登电桥电路的方式彼此连接。
图14示出了本发明的特别实施方式，其中电阻R1和R3相应于图1和图6中所述的实施方式连接。除了电子端子8、10、12和14外，在图14的实施方式中，还设有四个附加的端子18，它们分别在电阻R1-与R3+或R3-与R1+之间与图1和图6的测量电桥的支路A、B、C和D相接。为此，除了通过电子端子8、10、12、14检测的补偿压差外，电子端子18还可用于检测作为单独参数作用的系统压力。
在所示的实例中，薄膜4构造为伸长的矩形。作为替换，薄膜4也可例如构造为椭圆形，其中，椭圆的长轴沿y轴方向伸展，而短轴沿x轴方向伸展。此外，还可行的是，以别的方式例如通过不同的厚度来构造薄膜，以致变形时沿x轴方向产生的应力大于沿y轴方向产生的应力。对于使用仅在位置上检测沿x轴方向应力的测量电阻或测量元件R1和R3的情况，还可以如下的方式构造薄膜，即，使得在加压时产生的沿x轴和y轴方向的应力或应力变化一样大，也就是说，例如也可使用方形或圆形的薄膜。
参考标记一览表2载体4薄膜6纵侧8、10、12、14电子端子16应力峰值18电子端子A、B、C、D电桥电路的支路IS测量电流Vout输出电压R1+、R1-设置在薄膜4的边缘区域中的测量电阻R3+、R3-设置在薄膜4的中央区域中的测量电阻x、y薄膜的轴M薄膜的中间区域N薄膜的中性区域R薄膜的边缘区域ΔS因系统压力引起的应力变化ΔD因压差引起的应力变化ΔG信号变化
权利要求
1.一种具有载体(2)的压力传感器，在该载体(2)的内部区域中具有薄膜(4)，在该薄膜(4)上设置有至少一个第一测量元件(R1-)，以检测施加在该薄膜(4)上的压力，其特征在于，在该薄膜上还另外设置有至少一个第二测量元件(R3-)，以检测施加在该薄膜(4)上的压力，其中该第一测量元件(R1-)和该第二测量元件(R3-)设置为距该薄膜的边缘相隔不同的距离，并且对该第一测量元件(R1-)和该第二测量元件(R3-)的输出信号以如下的方式合并分析，即，两个测量元件(R1-、R3-)检测施加于该薄膜(4)上的压差，并由此补偿施加于该薄膜(4)两侧上的系统压力的影响。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述至少一个第一测量元件(R1-)设置在该薄膜(4)的边缘区域(R)中，并且所述至少一个第二测量元件(R3-)设置在该薄膜(4)的中央区域(M)或位于该边缘区域(R)与该中央区域(M)之间的中性区域(N)中。
3.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述至少一个第二测量元件(R3-)设置在该薄膜(4)的中央区域(M)中，并且所述至少一个第一测量元件(R1-)设置在该薄膜(4)的边缘区域(R)或位于该边缘区域(R)与该中央区域(M)之间的中性区域(N)中。
4.如权利要求1至3之一所述的压力传感器，其特征在于，在该薄膜(4)上分别设置有四个第一测量元件(R1-、R1+)和四个第二测量元件(R3-、R3+)，它们以电桥电路的方式相互连接。
5.如权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述四个第一测量元件(R1-、R1+)和四个第二测量元件(R3-、R3+)分别构造或设置为，使得其中的两个测量元件(R1-、R3+)具有正输出信号，而其中的两个测量元件具有负输出信号。
6.如前述权利要求之一所述的压力传感器，其特征在于，在加压时该薄膜(4)沿第一轴(x)的变形特性不同于沿垂直于该第一轴(x)延伸的第二轴(y)的变形特性。
7.如前述权利要求之一所述的压力传感器，其特征在于，所述第一测量元件(R1-、R1+)和第二测量元件(R3-、R3+)以公共的电桥电路的方式彼此连接。
8.如权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，所述第一测量元件(R1-、R1+)和第二测量元件(R3-、R3+)以惠斯登电桥电路的方式彼此连接，其中，在该电桥电路的每个支路(A、B、C、D)中，所述第一测量元件(R1-、R1+)中的一个和所述第二测量元件(R3-、R3+)中的一个各自串接地设置。
9.如权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，在该电桥电路的每个支路(A、B、C、D)中，两个具有不同符号输出信号的测量元件串接。
10.如前述权利要求之一所述的压力传感器，其特征在于，所述测量元件(R1、R3)总是设置在该薄膜(4)的、在加压时产生最大变形的区域中。
11.如前述权利要求之一所述的压力传感器，其特征在于，该薄膜(4)沿该第二轴(y)方向的长度大于沿该第一轴(x)方向的长度。
12.如权利要求11所述的压力传感器，其特征在于，该薄膜沿该第二轴(y)方向的长度和在沿该第一轴(x)方向的长度所成的比介于1.2-4之间，优选为2.5。
13.如权利要求11或12所述的压力传感器，其特征在于，自该第二轴(y)的方向上看，所述第一和第二测量元件(R1-、R1+)设置在该薄膜(4)的中间区域中。
14.如权利要求11至13之一所述的压力传感器，其特征在于，该薄膜(4)构造为矩形。
15.如前述权利要求之一所述的压力传感器，其特征在于，该薄膜(4)构造为具有不同的厚度，以便在两个轴(x、y)的方向上具有不同的变形特性。
全文摘要
本发明涉及一种具有载体(2)的压力传感器，在载体(2)的内部区域中具有薄膜(4)，在该薄膜(4)上设置有至少一个第一测量元件(R
文档编号G01L9/00GK101044382SQ200580035987
公开日2007年9月26日 申请日期2005年8月6日 优先权日2004年9月24日
发明者延斯·彼得·克罗, 卡斯珀·彼泽森, 卡斯滕·克里斯滕森 申请人:格伦德福斯联合股份公司