压力变送器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有电阻压力传感器元件特别是压阻压力传感器元件的压力变送器。
【发明内容】
[0002]根据本发明的压力变送器包括具有测量隔膜的电阻压力传感器元件，该测量隔膜具有至少四个电阻器元件，其中该电阻器元件以全桥电路布置，其中该全桥具有必须沿其提供电力的纵向方向，其中在具有恒流的电源的情况下，纵向电压具有第一压力依赖性和第一温度依赖性，以及对角电压具有第二压力依赖性和第二温度依赖性，其中第二压力依赖性在给定温度下大于第一压力依赖性，其中压力变送器具有处理电路，该处理电路设计成其于至少对角电压来确定测量的电压值，其中该处理电路进一步设计成检查纵向电压和对角电压的值对在当前温度下是否对应于预期的函数关系。
[0003]在本发明的一个进一步的发展中，该处理单元设计成，基于检查纵向电压和对角电压的值对在当前温度下是否对应于预期的函数关系的结果，做出关于测量的压力值的质量的声明。
[0004]在本发明的一个进一步的发展中，压力变送器进一步具有用于提供温度信号的温度传感器，该温度信号是测量隔膜的温度的函数，其中该温度信号不具有压力依赖性，或者具有小于第一压力依赖性的压力依赖性，其中该处理电路设计成基于至少温度传感器的温度信号来确定测量隔膜的实际温度。
[0005]在本发明的一个进一步的发展中，在某一温度下纵向电压和对角电压之间的预期的函数关系是在参考时间存储的、在该温度下纵向电压和对角电压之间的函数关系。
【附图说明】
[0006]下面基于附图中所示的典型实施例更详细地解释本发明。所示的是:
[0007]附图1是根据本发明的变送器的压力传感器元件的典型实施例的示意图；
[0008]附图2是对角电压Up和纵向电压U1之间的函数关系的示意图，其中温度T是包含在函数关系中的独立参数；以及
[0009]附图3是根据本发明的变送器的信号路线的典型实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0010]附图1中所示的压力传感器元件I包括测量隔膜10，例如通过蚀刻工艺在硅体11中制备测量隔膜10。测量隔膜10具有连接到惠斯登电桥的四个压阻电阻器元件12、13、14、15，其中在理想的情况下，第一电阻器元件12和第三电阻器元件14基本上具有第一压力依赖性，以及第二电阻器元件13和第四电阻器元件15基本上具有第二压力依赖性，该第二压力依赖性不同于第一压力依赖性并且特别是具有不同的符号。在每种情况下，具有不同的压力依赖性的电阻器元件布置在具有相同压力依赖性的电阻器元件之间的电桥电路中。在围绕压力传感器元件I的测量隔膜10的边缘区域20中，布置接触表面22、23、24、25，其中每个接触表面接触两个电阻器元件之间的电桥电路。供电或测量线连接到接触表面。例如能够使用恒流在测量操作中给电桥电路供电，为此，必须在彼此直径上对置布置的第一接触表面22和第三接触表面24之间施加纵向电压U1。能够在彼此直径上对置布置且与第一和第三接触表面对角布置的第二接触表面23和第四接触表面25之间分接依赖压力的对角电压。
[0011]在理想情况下，在测量隔膜的其余位置的电阻器元件具有相同的电阻，以致对角电压在其余位置是零。
[0012]如果具有不同的压力依赖性的电阻器元件具有精确反对称的压力依赖性，SPR1(P)-Ri(P = O) = R3(p)_R3(p = 0) = R2(p = 0)-R2(p) = R4(p = 0)-R4(p)，则纵向电压Ui将独立于压力P。因为这是很难实行的，所以纵向电压也具有压力依赖性。纵向电压和对角电压还具有显著的温度依赖性，其中纵向电压的温度依赖性高于其压力依赖性。在第一近似中，能够以纵向电压的函数来补偿对角电压的温度依赖性。
[0013]因此，压力传感器元件具有像压力和温度的函数一样的纵向电压U1(PJ)和对角电压UP(p，T)的变换函数。
[0014]本发明现在假定:能够基于变换函数在已知压力传感器元件的温度的情况下检查当前测量的值对?Μρ,ΤΚυΧρ,Τ)是否是可信的，即在给定的温度下，纵向电压U1(Pd)在同时测量的对角电压υΡ(ρ，Τ)的情况下是否对应于预期的纵向电压。为了对此更详细地解释，现在参照附图2。
[0015]附图2示出具有四个压阻电桥电阻器的惠斯登电桥电路的纵向电压U1(UpT)的曲线，纵向电压U1(UpT)为惠斯登电桥电路的依赖压力和温度的对角电压Up的函数。其中，在附图2中，为了清楚起见，将UpM(PoL)而不是…选作横坐标(j = l，2，3，4)。在第一近似中对角电压与纵向电压成比例的范围内，这种标准化导致了标准化的对角电压UP/Ui (Po，Tj)对在不同温度乃下的相同压力来说具有近似相同的值，以致不同温度下压力范围的曲线是叠合的，这样就允许在附图中更好地说明。在此，除数UpM(PoA)是在温度Tj和受限于Ud(P)=0的平衡压力po下的预期纵向电压值，其中乃是测量电桥温度，优选使用额外的不依赖压力的温度传感器来检测L。为了在现场设备中实施本发明，能够执行标准化UpM(PqA)，但这不是必须的，因为即使在没有这种标准化的情况下也能够检查当前测量的纵向电压瓜是否对应于预期的值lMp，T)。
[0016]在根据本发明的压力变送器的产生和补偿期间，对每个压力变送器记录在不同温度乃^二^广^⑴下覆盖压力和温度的特定范围值的数据瓜化^八并且将数据瓜化，”#储在压力变送器的数据存储器中，例如，作为完全的多项式表示，或者作为使用插值算法得到的用于U1 (Up，T)的中间值的采样点Uli, j = U1 (Upi，Tj)的表。
[0017]如在附图2中由虚线示出的，定义用于每个函数U1(UpJj)的公差范围，该函数应当包括纵向电压U1的实际测量值，以及测量操作中同时测量的对角电压Up和温度T的值。
[0018]如果不是这种情况，则指示变换函数中的一个已经改变了，以致不再保证测量的压力值P(IVU1)的质量。变送器被设计成以信号通知此事。
[0019]准确知道压力传感器元件I的温度对所述的压力传感器元件I的监视当然是基本的。为此，如图1所示，邻接测量隔膜的压力传感器元件I的边缘区域20具有第五电阻器元件32，其电阻值优选专门依赖于温度，并且在任意情况下，具有显著低于电桥电路的纵向电阻的压力依赖性。经由第五和第六接触表面34、36第五电阻器元件是可接触的。
[0020]如图3所示，根据本发明的压力变送器100的典型实施例包括压力传感器元件1，其如已经连同附图1所讨论的压力传感器元件I。
[0021]压力变送器100还包括压力变送器100还包括ASIC 40，其具有模拟输出，该模拟输出用于供给压力传感器元件I的电桥电路和基本上不依赖压力的电阻器元件。在每种情况下提供恒定的电流。而且，ASIC具有模拟输入，该模拟输入用于记录电桥电路的对角电压。
[0022]ASIC 40还包括数字输出，在该数字输出中输出了三个值:对角电压…、纵向电压U1及横跨实质上不依赖压力的电阻器元件的电压Ut。
[0023]压力变送器100进一步包括具有数据存储器52的信号处理器50，其中一方面存储了用于确定压力和温度的补偿系数，另一方面存储了纵向电压U1(UpT)对对角电压Up和温度的函数依赖性，或者纵向电SU1(UpUt)对对角电压Up和横跨实质上不依赖压力的电阻器元件的电压Ut的函数依赖性。
[0024]在存储信息和由ASIC提供的三个值的基础上，信号处理器确定压力P和温度T的值。基于存储的数据它还检查纵向电压是否对应于预期的值IMUP，T)或?ΜυΡ，υτ)。信号处理器输出三个值，包含测量的压力值、温度读取和关于测量的压力值的状态信息，即纵向电压IMUP，T)或Ui(IVUt)是否是如预期。
[0025]压力变送器100还包括主处理器60，主处理器60接收由信号处理器确定的值，并且将该值准备传达到控制系统。
【主权项】
1.一种压力变送器，包括: 电阻压力传感器元件(1)，所述电阻压力传感器元件(1)具有测量隔膜(10)，所述测量隔膜(10)具有至少四个电阻器元件， 其中所述电阻器元件(12、13、14、15)以全桥电路布置， 其中所述全桥具有必须沿其向所述全桥提供电力的纵向方向， 其中在具有恒流的供电的情况下，纵向电压具有第一压力依赖性和第一温度依赖性，以及对角电压具有第二压力依赖性和第二温度依赖性， 其中所述第二压力依赖性在给定的温度下大于所述第一压力依赖性， 其中所述压力变送器包括处理电路，所述处理电路设计成基于至少所述对角电压，并且如有必要还基于所述纵向电压，来确定测量的压力值， 其特征在于:所述处理电路进一步设计成检查纵向电压和对角电压的值对在当前温度下是否对应于预期的函数关系。2.根据权利要求1所述的压力变送器， 其中处理单元设计成，基于检查纵向电压和对角电压的值对在当前温度下是否对应于预期的函数关系的结果，做出关于所述测量的压力值的质量的声明。3.根据权利要求1或2所述的压力变送器，还包括: 温度传感器(32)，所述温度传感器(32)用于提供温度信号，所述温度信号是所述测量隔膜的温度的函数，其中所述温度信号不具有任何压力依赖性，或者具有小于所述第一压力依赖性的压力依赖性， 其中所述处理电路设计成基于至少所述温度传感器的温度信号来确定所述测量隔膜的实际温度。4.根据前述权利要求之一所述的压力变送器， 其中在某一温度下所述纵向电压和所述对角电压之间的预期的函数关系是在参考时间存储的、在所述温度下所述纵向电压和所述对角电压之间的函数关系。
【专利摘要】本发明涉及一种压力变送器，该压力变送器包括具有测量隔膜(10)的电阻压力传感器元件(1)，该测量隔膜具有至少四个电阻器元件。电阻器元件(12、13、14、15)以全桥电路布置，所述全桥具有将向所述全桥供电的纵向方向。当提供恒流时，纵向电压具有第一压力依赖性和第一温度依赖性，以及对角电压具有第二压力依赖性和第二温度依赖性，所述第二压力依赖性在给定的温度下大于第一压力依赖性。压力变送器具有处理电路，该处理电路设计成至少使用该对角电压及可选地使用纵向电压确定测量的电压值。本发明的特征在于：将该处理电路进一步设计成检查在当前的温度下纵向电压和对角电压的值对是否对应于预期的函数关系。
【IPC分类】G01L27/00, G01L19/04
【公开号】CN105579820
【申请号】CN201480051141
【发明人】艾尔玛·沃斯尼察, 达维德·帕罗托, 拉尔斯·卡尔韦克, 乌尔里希·布德尔, 奥拉夫·特克斯托尔
【申请人】恩德莱斯和豪瑟尔两合公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2014年8月11日
【公告号】DE102013110368A1, EP3047249A1, WO2015039810A1