(57)【要約】  測定室内の流状媒体の圧力を検知するための圧力センサ装置（１００−９００）とその製造方法とを提案する。前記圧力センサ装置は、センサハウジング（１２）と、前記媒体の圧力を測定するために該媒体に曝すことができるように担持体（１８）上に配置されている少なくとも１つのセンサ要素（２０）と、該センサ要素（２０）に作用する圧力を示す信号を出力するための評価回路とを含んでいる。該評価回路は前記媒体の外側に配置されて前記センサ要素（２０）と無接触にエネルギー接続されている。前記評価回路が前記センサハウジング（１２）の内側に位置するように前記担持体（１８）は前記センサハウジング（１２）と結合されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定室内の流状媒体の圧力を検知するための圧力センサ装置（１００−９００）であって、センサハウジング（１２）と、前記媒体の圧力を測定するために該媒体に曝すことができるように担持体（１８）上に配置されている少なくとも１つのセンサ要素（２０）と、該センサ要素（２０）に作用する圧力を示す信号を出力するための評価回路とを含み、該評価回路が前記媒体の外側に配置されて前記センサ要素（２０）と無接触にエネルギー接続されている前記圧力センサ装置において、
前記評価回路が前記センサハウジング（１２）の内側に位置するように前記担持体（１８）が前記センサハウジング（１２）と結合されていることを特徴とする圧力センサ装置（１００−９００）。
【請求項２】
前記担持体（１８）が非導電性材料から形成されている、請求項１に記載の圧力センサ装置（１００−９００）。
【請求項３】
前記担持体（１８）が磁場に対し透過性がある、上記請求項のいずれか一つに記載の圧力センサ装置（１００−９００）。
【請求項４】
前記圧力センサ装置（１００−９００）が、さらに、前記媒体に対し密封されて前記センサ要素（２０）の前記担持体（１８）と結合されている圧力接続部（１４）を含んでいる、上記請求項のいずれか一つに記載の圧力センサ装置（１００−４００）。
【請求項５】
前記担持体（１８）がセラミック材料から成り、前記圧力接続部（１４）が金属または金属化合物から成っている、上記請求項のいずれか一つに記載の圧力センサ装置（１００−４００）。
【請求項６】
さらに、前記圧力接続部（１４）の一端に配置されるハウジング台座（１６）を含み、前記担持体（１８）が前記ハウジング台座（１６）の面から突出するように、または、前記ハウジング台座（１６）の面内にあるように、前記センサ要素（２０）の前記担持体（１８）が前記圧力接続部（１４）に設けられている、請求項４または５に記載の圧力センサ装置（１００−９００）。
【請求項７】
前記評価回路が前記センサ要素（２０）の前記担持体（１８）にダイレクトに配置されている、上記請求項のいずれか一つに記載の圧力センサ装置（３００−７００；９００）。
【請求項８】
前記センサハウジング（１２）内に、圧力の作用を受ける他の媒体があり、その結果前記センサ要素（２０）の前記担持体（１８）に対して逆圧を作用させることができ、前記圧力センサ装置（７００−９００）が圧力差測定用に構成されている、上記請求項のいずれか一つに記載の圧力センサ装置（７００−９００）。
【請求項９】
上記請求項のいずれか一つに記載の圧力センサ装置（１００−９００）を製造する方法であって、
媒体の圧力を測定するために該媒体に曝すことができるように、特に蝋付け、ガラス処理または接着によってセンサ要素（２０）を担持体（１８）に装着するステップと、
前記センサ要素（２０）に作用する圧力を示す信号を出力するための評価回路を設けるステップであって、該評価回路を前記媒体の外側に配置して、前記センサ要素（２０）と無接触にエネルギー接続させる前記ステップと、
センサハウジング（１２）を設けるステップと、
を含んでいる前記方法において、
前記評価回路が前記センサハウジング（１２）内に位置するように、前記担持体（１８）を前記センサハウジング（１２）と結合させることを特徴とする方法。
【請求項１０】
さらに、圧力接続部（１４）を設け、特に該圧力接続部（１４）が金属から成り、前記センサ要素（２０）の前記担持体（１８）が特にセラミック材料から成り、該担持体を特に蝋付け、溶接または接着により、前記媒体に対し密封して前記圧力接続部（１４）と結合させる、上記請求項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
技術水準から、たとえばガスおよび液体のような流状媒体の圧力を検知するための種々の装置および方法が知られている。
【０００２】
測定量である圧力は、ガスおよび液体内に発生してあらゆる側に作用する方向性のない力作用である。圧力を測定するため、動力学的および静力学的に作用する測定値変換器またはセンサが存在する。動力学的に作用する圧力センサはガス状媒体または液状媒体内での圧力変動を測定するためだけに用いられる。圧力測定はダイレクトに行うことができ、或いは、ダイヤフラムの変形を介してまたはパワーセンサによって行うことができる。
【０００３】
特に非常に高い圧力を測定するには、単に電気抵抗器を媒体に曝すだけで十分である。というのは、すべての公知の抵抗器は多かれ少なかれ圧力依存性を明確に示すからである。しかしながら、この場合、複数の抵抗器が同時に温度に依存することを抑止すること、および、圧力媒体から圧力が漏れないように抵抗器の接続を実施することが困難になる。
【０００４】
それ故、最も普及している圧力検知方式は、片側を圧力に曝されて圧力の影響で多少撓む、機械的中間段よりも薄いダイヤフラムを差し当たり使用して、信号を獲得している。このダイヤフラムは厚さおよび直径の制限が広く、それぞれの圧力範囲に適合することができる。圧力測定範囲が狭ければ、０．１ないし１ｍｍの範囲の撓みを持つ比較的大きなダイヤフラムを使用する。しかし高圧には、ほとんどの場合数マイクロメータしか撓まない小さな直径のより厚いダイヤフラムが必要である。この種の圧力センサはたとえば非特許文献１に記載されている。
【０００５】
特に、マイクロ工学による半導体圧力センサが知られている。この半導体圧力センサは、半導体基板から成るフレームと、該フレーム上に配置されるダイヤフラムとを有している。ダイヤフラム上には種々の圧電抵抗方式の測定抵抗器が装着され、これらの測定抵抗器は、ダイヤフラムまたは該抵抗器が変形した時にその抵抗値を変化させる。なお、圧電抵抗方式の測定抵抗器は、たとえば特許文献１または特許文献２から読み取れるように、通常はダイヤフラムの、圧力の作用を受ける媒体とは逆の側に配置される。
【０００６】
前記特許文献２は、センサ要素として、ダイヤフラムを備えたマイクロ工学によるセンサチップを含んでいる圧力センサ装置を記載している。この場合、ダイヤフラムはチップ背面にある空洞を覆っている。センサチップはナトリウムを含むガラスから成る中間担持体を介して金属製のハウジング台座上に取り付けられている。ハウジング台座内に設けられ、ガラス担持体をも貫通するように延在してセンサチップの空洞に開口する圧力供給部を介して、媒体は検知される圧力の作用を受ける。
【０００７】
前記特許文献１は、少なくとも１つの中間担持体を介してハウジング台座上に取り付けられるセンサ要素としての少なくとも１つのセンサチップを備えた圧力センサ装置を記載している。この場合、センサチップの半導体材料とハウジング台座の材料とは異なる熱膨張係数を有している。少なくとも１つの中間担持体はセラミック製担持体の形態で実現され、その熱膨張係数はセンサチップの半導体材料の熱膨張係数に整合している。
【０００８】
センサ要素が測定セル内に受容されている圧力センサも知られている。測定セルは、オイル受けを内側に備えた分離ダイヤフラムを有している。圧力の作用を受ける媒体は測定中に圧力を生成させ、この圧力は分離ダイヤフラムと内側のオイル受けとを介してセンサ要素へ伝達される。
【０００９】
特許文献３は、センサ要素としての測定変換器が担持体内に組み込まれ、評価回路と無接触にエネルギー接続されている圧力センサ装置を記載している。特に、測定変換器を自動車のタイヤ内に設けることができ、且つ評価回路を自動車の車内に設けることができる点が記載されている。これに対応して、測定変換器と評価回路とは空間的に切り離された異なる部材に配置されている。
【００１０】
技術水準から知られているこれら圧力センサ装置の利点は十分あるにもかかわらず、改善する可能性がまだある。たとえば、センサ要素とオイル受けによる保護とのためにシリコンマイクロ工学を使用することは比較的コストを要し、センサ装置の頑強性が制限されているという欠点がある。さらに、シリコンマイクロ工学では、他の戦略によれば、圧力をダイヤフラムの背面に作用させるように、すなわち圧力の作用を受ける媒体とは逆の側にあるダイヤフラム領域に作用させるように努力がはらわれる。しかしながら、通常のガラス台座の強度のために、破壊圧力によって制限が生じ、その結果このような圧力センサ装置は１００バール以上の圧力に適していない。金属ダイヤフラムを備えた圧力センサ装置は、ダイヤフラムが非常に薄い場合に高い精度要求を課す。この種の薄いダイヤフラムは構成の点で非常に複雑であり、結合プロセスまたは取り付けプロセスで固定ミスが生じることがあり、その結果正確な圧力測定はもはや不可能である。同じことはセラミック製ダイヤフラム本体に対しても言える。セラミック製ダイヤフラム本体の場合、特に測定される媒体に対する密封性の問題が耐用期間にわたって存在し、その結果その使用範囲はほぼ２００バールに制限されている。特に２００バール以上の範囲の高圧を特定する場合、必要な材料強度のために、ダイヤフラムは非常にわずかしか変形せず、その結果対応的に小さな信号しか出力されない。それ故これを増幅させねばならない。材料作製が不正確であると、このために測定誤差が生じ、それ故対応的に測定誤差も増幅または拡大され、その結果圧力が増大するに従って圧力測定が不正確になることがある。すなわち高圧使用時の測定に対しては、適当な層構造と、センサ要素に対する非常に高度な幾何学的公差要求とが必要である。加えて電気信号が非常に小さく、その結果処理および出力に対しては大きな電気増幅が必要である。このような増幅は利用信号とノイズの双方に行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０５２３６４Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００４００６１９９Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０１２８０１０Ａ１号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Konrad Reif（編集）：自動車のセンサ、第１版、２０１０年、第８０−８２頁および第１３４−１３６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
それ故、公知の圧力センサの欠点が少なくとも十分に解消され、より広い圧力範囲にわたって適用可能な圧力センサ装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は基本的にはどのような使用場所での圧力の検知にも適しており、特に自動車内で測定される圧力の範囲に適している。
【００１５】
本発明の思想は、センサ要素を、ダイレクトに電気接続することなく、コイル装置を介して無接触に評価回路にエネルギー接続し、たとえば誘導性接続および／または容量性接続し、その際センサ要素は被測定媒体の中にダイレクトに配置されていてよいことにある。
【００１６】
これに対応して、測定室内の流状媒体の圧力を検知するための圧力センサ装置が提案される。また、それぞれの部材を適宜組み込めば、たとえば温度、他の圧力、流動特性或いは１つまたは複数の他の特性を含む流状媒体の他の物理学的特性および／または化学的特性を特定することができる。測定室とは、基本的には、流状媒体が、すなわちガスおよび／または液体が静止状態または流動状態で受容されている任意の空間である。特に測定空間とは、燃料系統の一部分であってよい。従って圧力センサ装置は特に燃料圧を検知するために使用または構成されていてよい。
【００１７】
無接触エネルギー接続とは、本発明の範囲内では、少なくとも１つの情報が、特に少なくとも１つの測定信号がエネルギーの交換によって無接触で伝送されるような接続である。特に、無接触エネルギー接続は無接触電気接続であってよく、或いは、これを含んでいてよく、たとえば誘導性電気接続および／もしくは容量性電気接続ならびに／または電磁信号もしくは磁気信号の交換であってよい。たとえば、電気信号は電圧信号の形態および／または電流信号の形態で無接触に交換することができる。「無接触」という表現は、エネルギー交換が、特に電気信号の交換がワイヤーレスで行われ、すなわちダイレクトな導電接続なしに行われるものと理解される。
【００１８】
センサ装置は、測定室の壁に挿入可能な少なくとも１つの圧力接続部を含んでいてよく、該圧力接続部はねじ接続部として構成されていてよい。圧力接続部は特に１つまたは複数の結合要素を用いて測定室の壁に固定可能であってよく、たとえば測定室の壁の雌ねじに噛み合う少なくとも１つの雄ねじを用いて固定可能であってよい。しかしこれとは択一的に、または、これに加えて、他の固定部も基本的には可能である。固定は特に圧力が漏れないようにおよび／または媒体が漏れないように行うことができる。
【００１９】
本発明による圧力センサ装置は、センサハウジングと、媒体の圧力を測定するために該媒体に曝すことができるように担持体上に配置されている少なくとも１つのセンサ要素と、該センサ要素に作用する圧力を示す信号を出力するための評価回路とを含み、該評価回路は媒体の外側に配置されてセンサ要素と無接触にエネルギー接続され、評価回路がセンサハウジングの内側に位置するように担持体がセンサハウジングと結合されている。なおセンサハウジングとは、評価回路を完全にまたは部分的に取り囲んでいる、或いは、受容しているハウジングである。しかしながら、評価回路が部分的にセンサハウジングの外側にあってもよい。この場合、どの部材も、評価回路を媒体に対し切り離して外部の影響から保護しているものと見なすべきである。
【００２０】
この場合、センサ要素への電圧の供給とセンサ要素の読み出しとはたとえば誘導性接続によって行うことができる。本発明による圧力センサ装置により、センサ要素から評価回路への電気接続要素（たとえばボンディングワイヤー）を省略できる。このような接続要素は通常感応性があり、特に圧力に感応する。さらにこの種の接続要素は、媒体に曝すと、たとえば圧力により腐食および／または機械的損傷を蒙ることがある。本発明による圧力センサ装置では、媒体を通じての圧力接触を行う必要がなく、それ故そのための密封部も設ける必要がない。本発明による圧力センサ装置のセンサ要素はパシベーションされていてよく、その結果媒体に対し電気的攻撃点および／または機械的攻撃点を提供しない。この種のパシベーション層はたとえば窒化珪素、炭化珪素等を含んでいてよい。本発明による圧力センサ装置により、電気接続部および他の感応性部材を密封する必要がないので、とりわけ技術水準から公知の圧力センサ装置の、プラスチックから形成されたセンサハウジングおよびプラスチックから作製された他の部材に比べて、媒体に対する頑強性を向上させることができる。同様に、とりわけ技術水準から公知の圧力センサ装置の、プラスチックから形成されたセンサハウジングおよびプラスチックから作製された他の部材に比べて耐熱性も向上させることができる。本発明による圧力センサ装置もプラスチックから形成されたハウジングを有していてよいが、１０バール以上の圧力に対し適している。というのは、密封すべきダイレクトな電気接続部を設ける必要がないからである。対応的に、予想されるいかなる圧力範囲に対してもセンサ要素を別個にまたは個別に読み取ることができる。特に、広い圧力範囲で正確なダイヤフラムを設定することができる。
【００２１】
担持体は非導電性材料から形成されていてよい。これはたとえばセラミック材料であってよい。これにより、評価回路とセンサ要素との間での支障のない無接触電気接続が達成される。
【００２２】
担持体は磁場に対し透過性があってよい。これは、とりわけ、評価回路内に支障のない電圧を誘導できるようにするために、評価回路とセンサ要素との間を誘導性接続する場合に重要である。
【００２３】
圧力センサ装置は、さらに、媒体に対し密封されてセンサ要素の担持体と結合されている圧力接続部を含んでいてよい。この種の圧力接続部は、圧力センサ装置をたとえば測定室の１つの壁に装着または固定するために用いる。担持体と圧力接続部との間の機械的結合により、評価回路が媒体から保護されている。
【００２４】
担持体はたとえば全体または一部がセラミック材料から製造されていてよい。圧力接続部は特に全体または一部が金属または金属化合物から製造されていてよく、たとえば鋼から製造されていてよい。これによって特に頑丈な圧力センサ装置が提供でき、それにもかかわらず評価回路とセンサ要素との間での支障のない無接触電気接続を可能にする。セラミック製の担持体と金属製の圧力接続部とを結合させるため、たとえば１つまたは複数の以下の技術を使用することができる。すなわち蝋接結合、溶接結合、接着結合がそれである。結合は、たとえば、少なくとも１つの金属層を金属製圧力接続部上に被着させることで（たとえばニッケル層および／または金層および／または銀層）、セラミック製担持体の全体または一部を金属製圧力接続部との結合前に金属化することにより行うことおよび／または好ましくさせることができる。続いて、たとえば圧力接続部との蝋付けを行うことができる。
【００２５】
蝋接結合の場合には、たとえば所定の厚さおよび／または強度を持った金属製圧力接続部の上に、のり状蝋を押圧および／または分散し、或いは、円板状蝋または板状蝋を位置決めまたは配置する。次にセラミック製担持体を位置決めし、すなわち圧力接続部に対し最終位置へもたらし、温度調整ステップにより蝋材の溶融温度以上の温度へ加熱する。加熱は、たとえば部材全体の標準炉プロセスによって行うことができ、或いは、誘導によりまたは焦点を外したレーザー光線により蝋材およびセラミック製担持体とともに圧力接続部を局部的に加熱することによって行うことができる。この場合強調すべきことは、蝋材の溶融温度が残りの部材に比べて低いことである。それ故、蝋材のみが流状凝集状態へ移行する。金属製圧力接続部とセラミック製担持体とは固形凝集状態を維持する。次の冷却工程により機械的結合が付与される。
【００２６】
溶接結合の場合には、たとえば金属製圧力接続部とセラミック製担持体とを位置決めし、すなわち互いに相対的にそれらの最終位置へもたらす。圧力接続部とセラミック製担持体の間に溶接充填材があってもよい。次に、レーザー光線によって圧力接続部とセラミック製担持体との間の結合個所を局所的に加熱して、両物質が境界範囲内で互いに流状凝集状態へ移行し、物質混合および／または物質分散が生じるようにする。この場合、溶接充填材は熱的中間層としても溶融温度の補償手段としても用いることができる。次の冷却工程により機械的結合が付与される。冷却工程は、両材料間の機械的応力を最少にするために管理、制御される。
【００２７】
圧力センサ装置は、さらに、圧力接続部の一端に配置されるハウジング台座を含み、担持体がハウジング台座の面から突出するように、または、ハウジング台座の面内にあるように、センサ要素の担持体が圧力接続部に設けられている。これによりセンサハウジングは特に簡単にハウジング台座上に設けることができ、評価回路を外部の影響から保護する。
【００２８】
評価回路はセンサ要素の担持体にダイレクトに配置されていてよい。これによりセンサ要素と評価回路との間の距離を可能な限り短く保つことができ、その結果これらの間の電気接続部が支障をきたす確率を最少にすることができる。
【００２９】
センサハウジング内には、圧力の作用を受ける他の媒体があり、その結果センサ要素の担持体に対して逆圧を作用させることができ、圧力センサ装置は圧力差測定用に構成されている。これにより、差圧の測定に適用する場合も上記利点を得ることができる。
【００３０】
この種の圧力センサ装置を製造するための方法は、好ましくは記載の順番で以下のようなステップを含むことができる。すなわち、
媒体の圧力を測定するために該媒体に曝すことができるように、特に蝋付け、ガラス処理(Aufglasen)または接着によってセンサ要素を担持体に装着するステップと、
前記センサ要素に作用する圧力を示す信号を出力するための評価回路を設けるステップであって、該評価回路を前記媒体の外側に配置して、前記センサ要素と無接触にエネルギー接続させる前記ステップと、
センサハウジングを設けるステップと、
を含み、この場合、
前記評価回路が前記センサハウジング内に位置するように、前記担持体を前記センサハウジングと結合させる。
【００３１】
さらに、圧力接続部を設け、特に該圧力接続部が金属から成り、センサ要素の担持体は特にセラミック材料から成り、該担持体を特に蝋付けまたは溶接により、媒体に対し密封して圧力接続部と結合させる。
【００３２】
要するに、センサ要素は蝋付け、接着、ガラス処理によってセラミックス上に装着可能であるということができる。鋼とセラミックスとの間の媒体密封性の結合により、電子空間は測定媒体から保護されている。密封が必要なスルーホールめっきも存在しない。それ故、とりわけプラスチックから構成されたセンサに対しては、媒体に対する頑強性が向上する。さらに、とりわけプラスチックに対しては耐熱性が向上し、１０バール以上に圧力範囲を拡張させることができる。
【００３３】
本発類の他の任意選択的詳細および特徴は、図面に図示した有利な実施形態に関わる以下の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態による圧力センサ装置の断面図である。
【図２】第２実施形態による圧力センサ装置の断面図である。
【図３】第３実施形態による圧力センサ装置の断面図である。
【図４】第４実施形態による圧力センサ装置の断面図である。
【図５】第５実施形態による圧力センサ装置の断面図である。
【図６】第６実施形態による圧力センサ装置の断面図である。
【図７】第７実施形態による圧力センサ装置の断面図である。
【図８】第８実施形態による圧力センサ装置の断面図である。
【図９】第９実施形態による圧力センサ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１には、本発明による圧力センサ装置１００の第１の例示的実施形態が示されている。圧力センサ装置１００はセンサハウジング１２と、圧力接続部１４と、六角形のハウジング台座１６と、担持体１８と、センサ要素２０と、詳細に示していない評価回路を備えた回路基板２２とを含んでいる。圧力接続部１４はねじ接続部として形成され、ほぼ筒状の部材であり、たとえば燃料管のような測定室（図示せず）内で圧力の作用を受ける被測定媒体用の開口部２４と、雄ねじ２６とを有している。担持体１８はグラス状に形成され、非導電性ではあるが磁場を透過させる材料から形成されている。これはたとえばセラミック材であってよい。グラス形状の担持体１８の底部領域２８の内面上には、センサ要素２０が蝋付け、ガラス処理または接着により担持体１８に固定されている。センサ要素２０の詳細は後述する。担持体１８は、センサ要素２０が圧力接続部１４の開口部２４側に位置するように、たとえば溶接、蝋付けまたは接着によって圧力接続部１４に固定されている。担持体１８がセラミック材から成っている場合には、担持体は、圧力接続部１４と溶接または蝋付けによって結合させるために、結合部が形成されている領域において少なくとも部分的に金属表面を有していてよい。グラス形状の担持体１８の壁領域３０は、圧力接続部１４の壁領域３２によって面一に閉止されている。これにより、圧力の作用を受ける媒体が測定室からダイレクトにセンサ要素２０に作用することができる。担持体１８に対するセンサ要素２０の特種な固定により、センサ要素２０は被測定媒体に対し密封されて担持体１８に固定されており、すなわち媒体は担持体１８とセンサ要素２０との間に到達することができない。同様に、上述の固定方式により、担持体１８と圧力接続部１４との間にもこの種の密な結合が設けられている。センサ要素２０は、応力除去のために、ガラス基板を介して担持体上に取り付けられていてよい。加えて、たとえば弾性接着剤を使用してよい。弾性接着剤は熱絶縁にも用いることができる。
【００３６】
圧力接続部１４には、担持体１８がハウジング台座１６の面から突出するように、溶接工程によって六角形のハウジング台座１６が固定されている。圧力接続部１４を、雄ねじ２６を用いて被測定媒体がある測定室の壁にねじ込むため、六角形のハウジング台座１６は工具（たとえばスパナ）の係合面として用いる。これとは択一的に、圧力接続部１４は雌ねじを有していてよく、雌ねじは測定室の壁の対応する雄ねじに係合して挿入されるように設置される。
【００３７】
評価回路を備えた回路基板２２は、担持体１８に対し同軸にハウジング台座１６上に配置され、この場合繰り抜き部が担持体１８の周囲に円形に設けられる。繰り抜き部には、回路基板２２の上および／または下に位置するように図示していないコイル要素が設けられる。それ故担持体１８は回路基板２２の面内にあり、よって回路基板によって周方向において取り囲まれている。評価回路の詳細は後述する。さらに、回路基板２２と担持体１８を収容するようにハウジング台座１６上にハウジングが配置されている。回路基板２２の信号はたとえばＳ字ばね３４を介して圧力センサ装置１００の図示していない接続プラグに伝送することができる。圧力接続部１４に対する担持体１８の特殊な固定により、媒体は感応性の評価回路が設けられているセンサハウジング１２の内部に到達することができない。結合に関する更なる詳細は本発明による製造方法との関連で後述する。
【００３８】
次に、圧力センサ装置１００の本発明による信号評価を説明する。圧力センサ装置１００は、圧力の作用を受ける媒体を含んでいる測定室の壁に圧力接続部１４の雄ねじ２６を用いてねじ込まれる。これによって媒体は圧力接続部１４の開口部２４に到達してセンサ要素２０に作用することができる。圧力表示装置を備えた図示していない評価ユニットの接続プラグは、それ自体公知の態様で、Ｓ字ばね３４を用いて回路基板２２および評価回路と結合される。センサ要素２０はいわゆるＬＣ共振回路を測定変換器として含んでおり、すなわちコンデンサとコイルとから成る回路を含んでいる。コイルは誘導性部品であり、そのインダクタンスに影響する材料を有し、この材料はそのインダクタンス影響量の点で圧力に依存している。適当なグリースまたは他の高透磁性材料（たとえば対応的に適当なフェライトから成るリングコア）は技術水準から知られている。その結果、測定変換器に作用する圧力が変化すると、インダクタンスが変化し、よって共振回路の共振周波数が変化する。評価回路を備えた回路基板２２は、評価回路のコイル要素を介して共振回路を励起するための発振器を含んでいる。担持体１８は磁場を透過させるので、対応的に、センサ要素２０と発振器とは無接触にエネルギー連結され、特に誘導性および／または容量性連結されている。さらに、評価回路は、発振器の周波数を同調させるための同調機構を含んでおり、センサ要素２０に作用する圧力に比例した信号を提供することができる。同調機構は手動または自動で作動させることができる。現在の発振器周波数がセンサ要素２０の測定変換器の共振周波数と一致すれば、発振器の減衰は前記両周波数が一致してしないときよりも著しく大きい。共振時の強い減衰により、評価回路の出力部に提供される電圧は著しく低くなる。従って、センサ要素２０の共振回路の共振周波数は、よって評価回路の出力部に提供される電圧は、その周波数応答の点で、センサ要素によって検出される外的量に依存しており、すなわちセンサ要素２０に作用する圧力の大きさに依存している。対応的に、センサ要素２０に作用する圧力は、評価回路とのダイレクトな接続なしでも検出することができる。それ故、このような特殊な配置構成により、フィードスルーの問題が回避される。特に、これによって、媒体に対して強靭な材料を使用することができる。このような材料は、圧力センサ装置１００の特別な適用に応じて金属、金属化合物、これらの合金またはプラスチックであってよい。さらに、前記特殊な配置構成により耐熱性が向上し、測定される圧力を広範囲に検出または特定することができる。これは特に、たとえばディーゼルエンジンのコモンレールシステムで２０００バール以下の圧力が支配する自動車の分野で重要である。
【００３９】
図２には、本発明による圧力センサ装置２００の第２実施形態が示されている。以下では、第１実施形態と異なっている点だけを説明する。特に、同一の部材には同一の参照符号を付した。
【００４０】
図２に示した圧力センサ装置２００の場合、センサ要素２０の担持体１８は円板状に形成されている。ハウジング台座１６は、圧力接続部１４がハウジング台座１６の面からわずかにセンサハウジング１２の方向へ突出するように圧力接続部１４に配置されている。担持体１８は評価回路を備えた回路基板２２の面内にあり、回路基板によって周方向にて取り囲まれる。第１実施形態に関して述べた圧力検出のための測定原理は同じである。
【００４１】
図３には、本発明による圧力センサ装置３００の第３実施形態が示されている。以下では、第１実施形態および第２実施形態と異なっている点だけを説明する。特に、同一の部材には同一の参照符号を付した。
【００４２】
図３に示した圧力センサ装置３００では、センサ要素２０の担持体１８は、第１実施形態の場合と同様にグラス状に形成されている。ハウジング台座１６は、担持体１８がハウジング台座１６の面内にあってこれと整列するように圧力接続部１４に固定されている。評価回路を備えた回路基板２２は、担持体１８上またはセンサ要素２０上に平面的に配置されるように、すなわちグラス形状の担持体１８の底部領域の外面が同様に回路基板２２によって覆われるように、ハウジング台座１６上に装着されている。評価回路のコイル要素はセンサ要素２０の上方に位置するように回路基板２２の上または下にある。圧力検出の測定原理は、他の点では第１実施形態に関して説明したものと同一である。
【００４３】
図４には、本発明による圧力センサ装置４００の第４実施形態が示されている。以下では、上記個々の実施形態と異なっている点だけを説明する。特に、同一の部材には同一の参照符号を付した。
【００４４】
図４に示した圧力センサ装置４００では、担持体１８は第２実施形態の場合のように円板状に形成されている。ハウジング台座１６は、第３実施形態の場合のように、担持体１８がハウジング台座１６の面内にあってこれと整列するように圧力接続部１４に配置または固定されている。第３実施形態の場合と同様にここでも回路基板２２は担持体１８の上に平面的に配置されるようにハウジング台座１６上に配置されている。コイル要素の配置は第３実施形態の場合と同じである。圧力検出の測定原理は、他の点では第１実施形態に関して説明したものと同一である。
【００４５】
図５には、本発明による圧力センサ装置５００の第５実施形態が示されている。以下では、上記個々の実施形態と異なっている点だけを説明する。特に、同一の部材には同一の参照符号を付した。
【００４６】
図５に示した圧力センサ装置５００では、センサ要素２０の担持体１８は円板状に形成されている。ハウジング台座１６はその中央領域に開口部３６を有し、該開口部は圧力接続部１４の開口部２４に対して同軸にまたは面一に形成されている。センサ要素２０の担持体１８はハウジング台座１６に固定され、圧力接続部１４には固定されておらず、ハウジング台座１６のセンサハウジング１２側にある。それ故、担持体１８はハウジング台座１６を介して間接的に圧力接続部１４に固定されている。ハウジング台座１６のセンサハウジング１２側には、センサ要素２０の担持体１８に対し同軸に配置されているリング状の中間担持体３８がある。この中間担持体３８上に評価回路を備えた回路基板２２が配置されて担持体１８を覆っている。評価回路のコイル要素は、センサ要素２０の上方に位置するように回路基板２２の上または下にある。圧力検出の測定原理は、他の点では第１実施形態に関して説明したものと同一である。
【００４７】
図６には、本発明による圧力センサ装置６００の第６実施形態が示されている。以下では、上記個々の実施形態と異なっている点だけを説明する。特に、同一の部材には同一の参照符号を付した。
【００４８】
図６に示した圧力センサ装置６００では、センサ要素２０の担持体１８はグラス状に形成され、この場合担持体はその外壁の自由端に繰り抜き部を有している。ハウジング台座１６は、その中央領域に、前記実施形態の場合のように圧力接続部１４の開口部に対し同軸または面一に形成されている開口部３６を備えた凹部または繰り抜き部４０を有している。センサ要素２０の担持体１８は圧力接続部１４に配置されずに、ハウジング台座１６の凹部に次のように配置され、すなわち担持体がハウジング台座１６の面内にあってこれと整列するように配置されている。グラス状担持体１８の外壁の領域に設けた繰り抜き部４０は、担持体１８の壁領域３０とハウジング台座１６の繰り抜き部４０との間に配置されている、たとえばＯリングのようなパッキン４２を受容するために用いる。評価回路を備えた回路基板２２は、担持体１８を面状に覆うようにハウジング台座１６上に配置されている。評価回路のコイル要素はセンサ要素２０の上方に位置するように回路基板２２の上または下にある。圧力検出の測定原理は、他の点では第１実施形態に関して説明したものと同一である。
【００４９】
図７には、本発明による圧力センサ装置７００の第７実施形態が示されている。以下では、上記個々の実施形態と異なっている点だけを説明する。特に、同一の部材には同一の参照符号を付した。
【００５０】
図７に示した圧力センサ装置７００では、センサハウジング１２はプラスチックから形成されている。特に、ハウジング台座１６とセンサハウジング１２とは一体に形成されている。以下では、これら２つの部材の組み合わせまたは複合体をセンサハウジング１２と記す。この場合、センサハウジング１２は壁を備えた基板から成っていてよい。基板はセンサ要素２０の担持体１８として用いられる。基板は内側に、すなわち壁の内側にして評価回路を備えた回路基板２２側にセンサ要素２０の担持体１８を有し、且つ外面に、すなわち壁が設けられていない圧力媒体側に、センサ要素２０を受容している。センサハウジング１２はその壁の上部領域に、すなわち回路基板２２とは逆の側の領域に、開口部を有している。このセンサハウジング１２に圧力接続部１４をたとえばレーザー溶接または超音波溶接を介して固定してよい。電子部品をセンサハウジング１２の内部に取り付け、圧力の特性曲線と温度補正とを設定するための調整を実施した後、センサハウジング１２の開口部をカバー４４で閉鎖する。この場合の圧力の拘束は、たとえば穴または溝に設けたＯリングのようなパッキン４６を介して行うか、或いは、圧力接続部１４の領域にホースを接続することによって行うことができる。センサハウジング１２はほぼ５０バール以下の圧力に対し適している。圧力検出の測定原理は、他の点では第１実施形態に関して説明したものと同一である。
【００５１】
図８には、本発明による圧力センサ装置８００の第８実施形態が示されている。以下では、上記個々の実施形態と異なっている点だけを説明する。特に、同一の部材には同一の参照符号を付した。
【００５２】
図８に示した圧力センサ装置８００では、センサハウジング１２は第７実施形態の場合と同様にプラスチックから形成されている。しかしながら、この種のプラスチックハウジングはたとえば低差圧から中間差圧用に、すなわち２０バール以下の圧力用に転用させることができる。差圧装置の場合、センサハウジング１２の内部を通じて第２の圧力が生成される。この場合、センサハウジング１２は壁を備えた基板から成っていてよい。基板はセンサ要素２０の担持体１８として用いられる。基板は、特に、中央にセンサ要素２０によって覆われる開口部４８を備えた円筒状の凹部４７を有している。回路基板２２は、担持体１８上に円筒状の凹部４７を取り囲むように且つ開口部４８に対し同軸に配置されている。それ故このケースでは、評価回路のコイル要素はセンサ要素２０の横または凹部４７の横に位置するように担持体１８内に配置され、その際十分な伝送効率を得ることができる。凹部４７の、センサ要素２０とは逆の側には、開口部４８に対し同軸に且つ担持体１８と一体に形成される複数の壁５０が配置され、これらの壁はセンサ要素２０から離間する方向に延在している。担持体１８の、センサ要素２０とは逆の側で、圧力管５１として形成される測定室にセンサハウジング１２を配置し、図８に示したように圧力管５１によって閉鎖してよい。特に、圧力管５１と一体に圧力接続部１４が形成され、該圧力接続部は、担持体１８のほうへ延在して、担持体１８の開口部４８の領域においても担持体１８の壁５０の領域においても圧力漏れがないように、或いは、圧力管５１内の媒体が漏れないように担持体１８と結合される態様で壁５０に挿着されていてよい。これはたとえば接着または溶接によって行うことができる。これとは択一的に、または、これに加えて、圧力接続部１４と壁５０との間の形状密封を行ってもよい。これとは択一的に、圧力接続部１４を設けずに、その代わりに担持体１８を圧力管５１にダイレクトに結合させてもよい。圧力接続部１４は密封して配置されているので、媒体は圧力管５１から、該圧力管５１と担持体１８との間に形成されているセンサハウジング１２の中空空間（その中に感応性評価回路を備えた回路基板２２がある）の中へ達することができない。従って回路基板２２は、片側を圧力管５１によって閉鎖されるセンサハウジング１２の内部にある。よって、測定される第１の圧力は、圧力接続部１４を通ってセンサ要素２０に達することができる。第２の圧力は担持体１８の背面またはセンサ要素２０の背面に作用する。これを達成するため、圧力の作用を受ける媒体を含むことのできる圧力管５４の圧力接続部５２が担持体１８のセンサ要素２０側から担持体１８の凹部４７内へ突出し、この中に挿着されていてよい。それ故、センサ要素２０に対する逆圧を生成させるために、第２の圧力で圧力の作用を受けた媒体を、圧力管５４から圧力接続部５２を通ってセンサ要素２０またはその背面へ誘導することができる。特に、圧力接続部５２が凹部４７の領域でハウジング１２の基板とダイレクトに結合されるか、或いは、図８に示したように、圧力管５４が少なくとも１つのフランジ５５を有し、該フランジが圧力接続部５２の周囲に配置されて、第２の圧力の作用を受ける媒体で充填される空間が担持体１８と圧力管５４との間に形成されるように、且つセンサハウジング１２が担持体１８のセンサ要素２０側で閉鎖されるように前記フランジがハウジング１２と結合される。圧力検出の測定原理は、他の点では第１実施形態に関して説明したものと同一である。
【００５３】
図９には、本発明による圧力センサ装置９００の第９実施形態が示されている。以下では、上記個々の実施形態と異なっている点だけを説明する。特に、同一の部材には同一の参照符号を付した。
【００５４】
図９に示した圧力センサ装置９００では、センサハウジング１２は第７実施形態または第８実施形態の場合と同様にプラスチックから形成されている。しかしながら、第８実施形態のプラスチックハウジングは、たとえば低差圧から中間差圧用に転用させることができ、すなわち２０バール以下の圧力用に転用することができ、その変形実施形態でも転用することができる。圧力接続部１４は図を簡単にするために図示していない。ハウジング台座１６とセンサハウジング１２とは一体に形成され、この場合ハウジング台座１６はセンサ要素２０用の担持体１８として用いられる。特に、ハウジング台座１６は、センサ要素２０によって覆われる、第８実施形態による開口部４８を有している。さらに、ハウジング台座１６は開口部４８と連通する貫通部５６を有し、該貫通部はハウジング台座１６に形成され、側方からセンサハウジング１２の壁を貫通して延在している。貫通部は、センサハウジング１２の壁の領域において、該壁と連通して、圧力の作用を受ける媒体を含むことのできる圧力管５４に開口している。評価回路を備えた回路基板２２は、ハウジング台座１６の、センサ要素２０とは逆の側に位置するように、センサハウジング１２内に配置されていてよい。この場合、回路基板２２はセンサ要素２０および貫通部５６の上方に配置されていてよい。それ故、センサ要素２０に対する逆圧を生成させるため、第２の圧力の作用を受ける媒体は、圧力管５４からハウジング台座１６内の貫通部５６を通ってセンサ要素２０またはその背面へ誘導することができる。貫通部５６をハウジング台座１６に形成することにより、圧力管５４とセンサハウジング１２内部の中空空間との間に密封部を設ける必要がなく、圧力管５４からの媒体は、感応性の評価回路を備えた回路基板２２が設けられているセンサハウジング１２の中空空間内に到達することができない。特に、圧力管５４をしてセンサハウジング１２の中空空間を貫通させる必要はない。センサハウジング１２は、第７実施形態のセンサハウジング１２のように、カバーによって閉鎖可能な開口部を有していてよい。圧力検出の測定原理は、他の点では第１実施形態に関して説明したものと同一である。
【００５５】
本発明による圧力センサ装置は、十分な数の他の変形実施形態と構造技術的択一性とを含むことができる。ハウジング台座１６はいかなる任意の形状を有していてもよく、たとえば正方形、長方形、たとえば五角形、八角形、十角形等の多角形であってよい。材料は金属、金属化合物、その合金等であってよい。センサ要素２０の担持体１８はセラミック材、プラスチック等から成っていてよい。回路基板２２は、センサ要素２０との無接触エネルギーカップリングに適した、たとえば適用例特有の集積回路のような各種評価回路を含んでいてよい。プラグ領域に対する接触は、たとえばワイヤーのような各種の適当なコネクタによって行うことができ、接着、溶接、クリンプ、フランジング等によって行うことができる。センサ要素２０は各種の適当なセンサ要素２０であってよく、たとえば半導体シリコンチップを含んでいてよい。特に液状媒体の場合には、センサ要素２０は第２の圧力の作用を受ける。１００バールよりも小さな圧力の場合には、センサ要素２０は半導体シリコンチップであってよく、１００バールよりも大きな圧力の場合には、センサ要素２０は、センサ要素２０の上記部材を一体に組み込んだスチールダイヤフラムであってよい。適用例によっては、センサ要素２０に対しセラミック要素も考えられる。特に高圧適用例の場合は、圧力に抵抗できるようにするため、センサ要素２０に対し適当な層構造と高い幾何学的公差要求とが可能である。これはセンサ要素２０の材料を適当に選択することによって達成できる。
【００５６】
次に、本発明による圧力センサ装置１０の製造方法を説明する。この説明は基本的特徴において上述のすべての実施形態に対し適用され、それぞれの実施形態に対応して幾何学的にもその材料に関しても適合される。
【００５７】
基本的には、センサ要素２０は担持体１８上に装着する。担持体１８へのセンサ要素２０の装着は、特に蝋付け、ガラス処理または接着により、媒体の圧力を測定するためにセンサ要素を媒体に曝すことができるように行うことができる。実施形態によっては、ハウジング台座１６も担持体１８として用いることができる。担持体１８は蝋付け、溶接等によって、たとえば圧力接続部１４および／またはたとえば六角形の形状のハウジング台座１６のような他の部材と結合させてよい。次に、センサ要素２０に作用する圧力を示す信号を出力するために評価回路を設置する。この場合評価回路を媒体の外側に配置し、センサ要素２０と無接触でエネルギー接続させる。この設置はたとえば接着によって行うことができる。無接触エネルギー接続は、前述のように誘導性接続によって行われる。次に、評価回路がセンサハウジング１２の内部に位置するように、よって保護されるように、担持体１８を接着、溶接、蝋付け等によってセンサハウジング１２と結合させる。その後評価回路をプラグ領域と接続させることができ、よってセンサハウジング１２の外部領域への電気接触を確立することができる。この電気接触はたとえば溶接または蝋付けによって融着で行うことができ、或いは、たとえばフランジングによって形状拘束的に行うことができる。
【００５８】
センサ要素２０の担持体１８が特にセラミック材料から成り、たとえば圧力接続部１４のような担持体１８を固定する他の部材が金属または鋼から成っている場合には、媒体に対し密封されるこれらの結合部は特に蝋付けまたは溶接によって行うことができる。この種の結合部を溶接する場合、金属、特に鋼から成る部材および／またはセラミックスから成る部材（この種の結合プロセスではジョイントパートナーとも呼ばれる）が溶融するまで、これら部材の短時間の集中的な加熱を行う。短時間の集中的な加熱は誘導により、または、レーザー光線により行うことができる。その際、場合によってはこれら部材の間に溶加材が必要なことがある。これは、たとえば、担持体１８の表面を結合領域において金属化させるようにして達成できる。
【００５９】
前記部材を蝋付けにより結合させる場合は、金属または鋼から成る部材とセラミックスから成る部材との間で蝋材が溶融するまで、金属または鋼から成る部材に短時間の集中的な加熱を行い、次に冷却する。この場合も誘導またはレーザー光線による短時間の集中的な加熱を行うことができる。
【００６０】
両結合態様に対しては、レーザー光線による加熱中に、それぞれの部材の周に関して均一な温度勾配が得られるよう注意する。これは、たとえば、部材を回転させることにより前記材料の間の均一な結合を確保することで達成できる。
【符号の説明】
【００６１】
１２  センサハウジング
１４  圧力接続部
１６  ハウジング台座
１８  担持体
２０  センサ要素
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００  圧力センサ装置
【図１】
2014517316.tif 000003
【図２】
2014517316.tif 000004
【図３】
2014517316.tif 000005
【図４】
2014517316.tif 000006
【図５】
2014517316.tif 000007
【図６】
2014517316.tif 000008
【図７】
2014517316.tif 000009
【図８】
2014517316.tif 000010
【図９】
2014517316.tif 000011
【国際調査報告】
2014517316.tif 000012
2014517316.tif 000013
2014517316.tif 000014
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