(57)【要約】【課題】センサエレメント（２０）を用いて所定の方向（２５）で力を測定する装置（１０）を改良すること。【解決手段】センサエレメント（２０）が保持エレメント（１２０）と結合されており、センサエレメント（２０）と保持エレメント（１２０）とが包装エレメント（１００）により少なくとも部分的に取囲まれており、前記所定の方向（２５）で前記エレメント（２０，１００，１２０）が、センサエレメント（２０）のセンシング領域（３１）に対し相対的に温度で誘発されて膨脹することがほぼ補償されていること。【選択図】　　　図２
2004085561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向（２５）の力をセンサエレメント（２０）で測定するための装置（１０）において、前記センサエレメント（２０）が保持エレメント（１２０）と結合されており、前記センサエレメント（２０）と前記保持エレメント（１２０）とが包装エレメント（１００）により少なくとも部分的に取囲まれており、前記センサエレメント（２０）のセンシング領域（３１）に対し相対的に前記所定の方向（２５）で、温度で誘発された前記エレメント（２０，１００，１２０）の膨脹がほぼ補償されるように前記保持エレメント（１２０）と前記包装エレメント（１２０）とが、互いに結合されていることを特徴とする、力を測定する装置。
【請求項２】
前記センサエレメント（２０）が第１の膨脹区間を有し、前記保持エレメント（１２０）が第２の膨脹区間を有し、前記包装エレメント（１００）が第４の膨脹区間を有し、所定の温度領域にて温度に無関係に前記第１の膨脹区間と前記第２の膨脹区間との和がほぼ前記第４の膨脹区間と等しく設定されて、前記エレメント（２０，１００，１２０）の温度で誘発された膨脹が補償されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
付加的に補償エレメント（１３０）が設けられており、前記所定の方向（２５）で前記エレメント（２０，１００，１２０，１３０）の温度で誘発された膨脹が前記センサエレメント（２０）のセンシング領域（３１）のためにほぼ補償されるように、前記保持エレメント（１２０）と前記包装エレメント（１００）とが、互いに結合されている、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記センサエレメント（２０）が第１の膨脹区間を有し、前記保持エレメント（１２０）が第２の膨脹区間を有し、前記補償エレメント（１３０）が第３の膨脹区間を有し、前記包装エレメント（１００）が第４の膨脹区間を有し、所定の温度領域で温度に無関係に第１と第２と第３の膨脹区間の和がほぼ第４の膨脹区間に等しく設定されることで前記エレメント（２０，１００，１２０，１３０）の温度で誘発された膨脹が補償されている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記包装エレメント（１００）が被覆管として又は鋼外套管として設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
当該装置がダイヤフラム（１１０）を有し、所定の温度領域で温度に無関係に、センシング領域（３１）に対する前記ダイヤフラム（１１０）の力の大きさがほぼ同じである、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記ダイヤフラム（１１０）が前記包装エレメント（１００）と一体に結合されているか又は前記ダイヤフラム（１１０）が前記包装エレメント（１００）と接合技術で結合されている、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記保持エレメント（１２０）と前記包装エレメント（１００）とが溶接、特にレーザ溶接によって互いに結合されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
基体材料がシリコンオンインシュレータとしてもしくはシリコンカーバイトオンインシュレータとして設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
接続エレメント（１２２）が設けられ、該接続エレメント（１２２）が前記センサエレメント（２０）と直接的に又はワイヤボンディング及び／又はフリップクリップコンタクティングで間接的に結合されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
金属導線（１０７）を有する鋼外套管が設けられており、金属導線（１０７）が溶接もしくはボンディングで直接的に前記センサエレメント（２０）と又は間接的に前記保持エレメント（１２０）を介して前記センサエレメント（２０）と結合されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記保持エレメント（１２０）が前記包装エレメント（１００）の案内として用いられるように前記保持エレメント（１２０）の横断面が設定されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
包装エレメント（１００）として鋼外套導管（１０５）と結合された包装ヘッド（１０４）が設けられている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項記載の力を測定する装置を用いて圧力を測定する装置（１０）において、圧力を測定するために測定面（１１１）に対する圧力の測定が関与させられる、圧力を測定する装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の装置（１０）を有する圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は請求の範囲の独立請求項に上位概念として記載した装置もしくは圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
センシングしようとする領域を押圧するポンチが設けられている圧力センサもしくは力センサであって、温度的に高負荷され、そのためにセンサエレメントに適さない領域と、温度要求がわずかで、センサエレメントを配置できる領域との間で前記ポンチが力の伝達を行う圧力センサもしくは力センサが今日公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は当該装置が小さく構成され、ひいては本発明の装置を用いた層が小型にかつ安価に構成されるようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は独立請求項に記載した圧力センサとによって解決された。
【０００５】
【発明の利点】
本発明の装置及び圧力センサの利点はポンチが必要ではなく、センサエレメントが温度的に高負荷された範囲に対し場所的に近く直接的に位置し、センサエレメントのセンシング領域のために温度に誘発された膨脹に関し補償されるという利点を有している。これによって一方では本発明による装置のセンサエレメントを小さく構成し、ひいては全体として装置を小さくかつ安価に構成できるだけではなく、測定の正確な測定結果を達成することができる。何故ならばセンサエレメントのセンシング領域に関し、温度で誘発された膨脹が補償されるからである。普通の走行運転で燃焼室圧を決定できる可能性は、機関管理に新しい可能性を開く。機関管理システムによっては燃焼室圧をベースとして多様な有効性が、例えばエミッション及び騒音レベルの減退が、特にディーゼル機関において期待される。さらに機関のオンライン診断は機関欠陥を認識しかつ回避するためにも望ましい。燃焼室における極端な条件に基づき、従来の大量生産された高圧力センサには物理的な限界がある。燃焼室においては１０００℃を越える温度が支配しており、この温度はシリンダ壁への熱的な連結によって、センサ先端においては３５０℃よりも低い温度に低減させられることができる。又、最近の４弁機関のシリンダヘッドにおける空間的な狭さに基づきセンサの構成寸法も強く制限される。したがってセンサのヘッドは、すでに２弁機関の場合に、少なくとも構成長さ２０ｍｍに関し、最大４ｍｍの直径を有している。４弁機関の場合には１００ｍｍまでの長さとそれよりも大きな長さとが論議の対象となる。したがって構成長さは要求されるヴァリエーションの多様性に基づき任意に選択可能であるようにしたい。検出しようとする圧力領域はディーゼル機関の場合は最大２００ｂａｒに破壊圧に対する約１００ｂａｒの安全リザーブを加えた圧力領域である。さらにシリンダヘッドには３０ｇまでの横加速が作用する。確実性の理由からセンサは−４０℃から３００℃までの３００００回までの温度交番に能力低下なしで又は故障なしでもちこたえることが要求される。さらにこのようなセンサのポテンシャルを好適に活用するためには２０ｋＨｚまで動的な解像が要求される。
【０００６】
２５０℃までの温度では可能な電子的な変換原理（圧電式、圧電抵抗式等）の使用はきわめて制限される。特に一般的なシリコンをベースとしたエレクトロニクスはもはや使用できなくなる。何故ならばこのエレクトロニクスは最大１５０℃までしか有効に働かないからである。ポリシリコンストレーンゲージ又はシリコンに拡散された圧電抵抗の使用はしたがって可能ではない。大きさの制限と達成可能な比較的にわずかな信号は金属−薄膜センサエレメントの使用を妨げる。さらに実地においては、ポンチを設け、このポンチが燃焼室内又は燃焼室外のダイヤフラムの行程を比較的に低温の領域におけるマイクロメカニック式の圧力センサに伝達し、機械的−電気的な信号変換が燃焼室の縁における熱い領域から比較的に低温の領域に移されるように燃焼室圧力センサを設けることは可能ではない。何故ならば２０ｋＨｚの必要なダイナミックに基づき原則的にポンチ長さの限定し、ひいては全幾何学的形状を計算する必要があるからである。正確にはこれは、例えば４ｍｍよりも小さい直径を有する要求された幾何学的形状は２５ｍｍ構成長さを越えては実現できない。何故ならば約５ｋＨｚですでに曲げ振動がこのようなポンチとケーシングに発生するからである。本発明による力を測定するため及び圧力を測定するための装置もしくは圧力センサは燃焼室圧センサ技術の問題の電子的な解決をもたらすという利点を有している。この場合、本発明の装置はもっとも小さい空間に合わせて準備することができる。燃焼室ダイヤフラムにて直接もしくは燃焼室ダイヤフラムの比較的近くで行われる信号変換によっては、連結部材を使用した場合の幾何学的な形状の制限を回避し、これにより要求されたヴァリエーションの多様性を可能にすることを意図している。
【０００７】
ＳＯＩ材料（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｓｕｌａｔｏｒ）の使用によって３５０℃を越える耐熱性に対する要求が充たされる。これはセンサエレメントを測定しようとする圧力のゾーンの比較的に近くにもたらし、当該装置が燃焼室からセンサエレメントに圧力を伝達することによる誤差をわずかにしか受けなくなるという利点を有している。さらにＳＯＩ材料はセンサエレメントの変位を測定しようとする伸び抵抗を本当の絶縁層で互いに分離するという利点も有している。これに対し、シリコンから成る従来の伸び抵抗はＰ−Ｎ槽で製作される。この技術はすでに１５０℃を越えた温度で漏れ流が伸び抵抗の間で生じる。これに対しＳＯＩ伸びエレメントは３５０℃を越える温度に適している。基体材料としてもしくはセンサエレメントの材料としてシリコンカーバイトオンインシュレータを使用することによってセンサエレメントを約５００℃まで熱的に負荷することすら可能になった。
【０００８】
組立技術はこのようなセンサエレメントの使用にとって大きな意義を持っている。組立技術は一方では構成寸法に対する要求を充たす必要があり、他方ではセンサエレメントの十分な熱的な安全性が保証され、センサエレメントの組立及び製造の可能性が与えられる必要がある。このためにはダイナミック及びヴァリエーションの多様性に対する要求、例えばセンサヘッドの長さを最大直径が３〜４ｍｍである場合に１０ｍｍ以上にするという要求がある。
【０００９】
さらにセンサエレメントが第１の膨脹区間を有し、保持体エレメントが第２の膨脹区間を有し、包装エレメントが第４の膨脹区間を有し、その際、所定の温度領域で温度とは無関係に第１と第２の膨脹区間の和がほぼ第４の膨脹区間と等しく設定されていると有利である。これによりセンシング領域に対し相対的に温度で誘発された膨脹を保証することは特に簡単な形式で行われる。
【００１０】
さらに包装エレメントをスリーブ管として又は鋼外套管としてもしくは金属外套管として設けることが有利である。これにより本発明の装置もしくは本発明のセンサを費用的に有利に製造し、特にスリーブ管を使用した場合にスリーブ管がシリンダ壁に熱的に連結され、ひいては温度が３００℃の下へ低下させられる。鋼外套管を供給導体として使用した場合には、これが例えば多くの他のセンサでも使用される標準構成部分であるという利点が得られる。
【００１１】
【実施例】
図１には本発明による力を測定するためもしくは圧力を測定するための装置が示され、符号１０が付けられている。当該装置は基体２０を有し、該基体２０の上には図１には示されていないセンシング領域３１がある。さらに図１には保持体エレメント１２０が示され、該保持体エレメント１２０の上に基体２０が固定されている。基体２０は保持体エレメント１２０と一緒に包装エレメント１００内に設けられておりかつ本発明による装置１０を組み立てるために包装エレメント１００内にて図１の右側部分に矢印で示した方向に移動させられる。さらに図１にはダイヤフラム１１０が示されており、このダイヤフラム１１０は本発明によれば包装エレメント１００と接合技術、例えば溶着により結合されているか又は包装エレメント１００と一体に結合されている。さらに図１の左側の部分には符号２５で示された矢印が存在しており、この矢印は当該装置１０で検出しようとする力の方向を示している。
【００１２】
図２に示された本発明による装置１０においては、基体２０は保持体エレメント１２０と一緒に包装エレメント１００内で最終位置にもたらされている。この場合、基体２０はダイヤフラム１１０に当接している。図２にて同様に符号２５で示された矢印方向に作用する力はダイヤフラム１１０を湾曲させ、この湾曲が基体２０に伝達される。このような湾曲は本発明の装置１０によって検出され、この湾曲でダイヤフラム１１０に対する力が決定される。これによってダイヤフラム１１０に作用する圧力を決定し、これからダイヤフラム１１０の面に対する押圧力、ひいては圧力を入手することもできる。図２の右側半分には本発明の装置１０がＡ−Ａ線に沿って断面して示されている。
【００１３】
図３には拡大した詳細図で本発明による装置１０の基体２０が示されている。本発明によれば基体２０は装置１０が組込まれた状態でダイヤフラム１１０に向けられたセンシング領域３１を有している。しかしダイヤフラム１１０は図３には示されていない。しかし図３には基体２０もしくは装置１０のセンシング領域３１が検出する力の作用の方向２５は示されている。例えばセンシング領域３１は、マイクロビーム構造が力の作用を受けて湾曲させられるように実現されている。このためには基体２０は例えば緊張領域３０としてマイクロビーム３０を有し、例えば基体２０に切欠き又は透し孔として配置された弱化ゾーン４０を有している。切欠き又は弱化ゾーン４０が力の作用方向でマイクロビーム３０の後ろに設けられることにより、緊張領域３０に対する力の作用は、この緊張領域３０を湾曲させる。これは図３には示されておらず、緊張領域３０の領域に取付けられた測定エレメント、例えば圧電抵抗又は伸び測定条片によって検出される。測定エレメントの信号は接続面７０に伝送される。この場合、伝送は特に、基体２０の上に金属化によって設けられた導体路を介して行われる。接続面７０は同様に有利な実施例では基体２０の上の金属化として構成されている。
【００１４】
図４には本発明の装置の第１実施例が示されている。基体２０はこの場合も保持体エレメント１２０の上に固定されて包装エレメント１００に設けられている。さらに本発明の装置１０の外界に対する電気的な接続を行う接続部材１２２が設けられている。包装エレメント１００にはこの場合にもダイヤフラム面１１１を有するダイヤフラム１１０が結合されている。ダイヤフラム面１１１の測定を介し、ダイヤフラム１１０に対する力を測定することにより、ダイヤフラム１１０に対する押圧力、ひいては圧力を測定することができる。さらに図４には基体２０の上の接続面が符号７０で示されている。さらに図４には基体２０における緊張領域３０と切欠き４０とが示されている。図４の上側部分には装置１０が側面図で示されている。この場合、基体２０は側方から見て図示されている。すなわち図平面は基体２０の主基体面に対し垂直な面である。図４の下側部分には９０°ずらされた方向から見た図が選ばれている。したがって本発明による装置１０は上から基体２０を見た状態で示され、図平面は主基体面に相応している。
【００１５】
当該装置１０の基体２０のための基体層としてシリコンオンインシュレータを使用することにより、電子的な構造の機能性を３５０℃の上側の温度まで保証することができる。これにより機械電気的な信号変換はダイヤフラム１１０にてもしくは圧力センサの部分として内燃機関の燃焼室に配置された燃焼室ダイヤフラム１１０にて直接的に、つまり約３００℃の温度で、行うことができる。別の区間を介する機械的な力の連結、例えばポンチによる連結は省略することができる。
【００１６】
本発明によれば、センシングする基体２０もしくは基体２０のセンシング領域３１は例えば管として構成された包装エレメント１００内に起立させて設けることが特に有利である。これによりセンサヘッドの直径を３ｍｍ又はそれよりも小さくすることすら可能である。さらにこれにより、供給導線の配線をほとんど任意の長さに亘って、しかしセンサ信号の高さに関連して導き、評価回路を比較的に低温度の領域に移動させる可能性を得ることができる。これは可能なヴァリエーションの多様性を拡大する。このようにダイヤフラム１１０に対し基体２０を起立させた組込み形式は、センサもしくは装置１０が簡単な形式で公知の技術を用いて接触させられ得る組立及び接続技術を保証する。これにより一方では包装エレメント１００のかつ他方では基体２０とその保持体エレメント１２０の長さ膨脹の差の熱的な補償、ひいてはセンサもしくは当該装置１０の温度経過の補償に、適当な材料の組合せの使用で寄与することが可能になる。この構成のヴァリエーションは以後、第３実施例に記述してある。しかし、長さ膨脹を熱的に補償するために本発明によって提案された可能性は、例えばダイヤフラム１１０における隆起部によって温度経過を機械的に補償することでも達成される。基体２０をその保持体エレメント１２０と一緒に包装エレメント１００内へ押込むことによる当該装置１０の本発明による組み立ては、基体２０のセンシング領域３１にプレロードをかける可能性を備えた、本発明による当該装置１０の特に製作しやすい組み立てを可能にする。本発明によれば特に、接続エレメント１２２としてセラミックプレートを設けることが提案されている。このセラミックプレートは特に図４でははっきりと符号では示されていない供給導線のための保持体として設けられている。これによって供給導線のためには数少ない構成部分しか必要ではなく、供給導線はセラミックプレートに印刷されることができる。さらにこれにより評価回路がハイブリッド技術で供給導線保持体の上もしくは接続又は接触エレメント２２の上に取り付けることが可能になる。基体２０を保持体エレメント１２０に結合することは本発明によれば多様な形式で、例えば基体２０をチップ保持体１２０として構成された保持体エレメント１２０の上にクランプすることで行うことができる。これによって保持体エレメント１２０とチップ２０もしくは基体２０との間の熱的な応力を回避することができるようになる。チップ２０もしくは基体２０はダイヤフラム１１０とチップ保持体エレメント１２０のの上に設けたストッパ（図４では符号２４で示されている）との間のプレロードによって保持されている。基体２０は保持体エレメント１２０（チップ保持体１２０とも呼ばれている）に、本発明によれば、例えばできるだけ低い熱膨脹係数を有するシールガラスを施すことによって又は純然たるクランプ結合によって固定される。この場合、基体２０もしくはチップ２０は前方からチップ保持体１２０に押込まれ、このチップ保持体１２０によって例えば単に軽く保持される。この実施例では本来の固定的な取付けは基体２０をダイヤフラム１１０の上に圧着し、これにより基体１２０を固定的にクランプ固定すると同時に基体にプレロードをかけることで行われる。このような組込みは、熱的な非両立性、特に本発明では鋼から成るチップ保持体の膨脹係数とシリコンもしくはＳＯＩ材料から成る基体２０もしくはチップ２０の膨脹係数とに関連して、チップ保持体とチップとの結合に機械的な応力をもたらさないという利点を有している。チップ保持体１２０は例えば１０＊１０−６１／Ｋの熱的な膨脹係数を有し、基体２０は２＊１０−６１／Ｋの熱的な膨脹係数を有している。チップ２０をチップ保持体１２０の所定のストッパ２４まで押込んだあとで供給導線を有する接続エレメント１２２が取付けられることができる。この場合、接続エレメント１２２はプリントされた供給導線を有するハイブリッドとしてのセラミックプレートであることができる。この接続エレメント１２２は信号をさらに、比較的に低温である、図４に示されていない別の評価回路に導くか又はすでに基体２０に評価回路が統合されている場合には、直接ソケットへ導く。接続エレメント１２２としてのセラミックプレートの場合には例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）として設けられた基体２０は評価回路と一緒に接続エレメント１２２に直接的に取付けられる。この接続エレメント１２２は例えば当該装置１０内にてさらに後ろ側で幅広であることができる。供給導線を有する接続エレメント１２２を取付けたあとで基体２０もしくは基体２０の上の接続面７０と接続エレメント１２２における供給導線との電気的な接続を行うことができる。これは本発明によれば特にワイヤボンデングによって基体２０の接続面７０もしくは接触路７０を、図４には詳細に示されていない接続エレメント１２２の上の対応する接続面に接続することで行われる。しかし、この接続は溶接によっても行うことができる。
【００１７】
次いで接触済みかつ組立て済みの基体２０はチップ保持体１２０と接続エレメント１２２と一緒に後ろ側から、包装エレメント１００内へダイヤフラム１１０に当接するまで押込まれる。この過程は図１にも示されている。チップ保持体１２０はチップ保持体１２０が同時に、例えばスリーブ管として設けられた包装エレメント１００内で構造体全体を案内するように成形されている。これは例えば横断面における円形の構成によって行うことができる（図２の右部分を参照）。これにより保持体エレメント１２０を包装エレメント１００内で案内として用いることが保証される。何故ならば保持体エレメントの横断面が包装エレメント１００の内部に適合させられているからである。押込みに次いで基体２０にはプレロードがかけられる。この過程は本発明によれば特に電子的に、接触済みのセンサエレメントにおける出力信号を測定することで、オンラインで監視することができる。この場合、プレロードのかけられた基体２０は、プレロードが連続的にかけられた状態で、例えばチップ保持体１２０と包装エレメント１００との間のレーザ溶接点で固定される。本発明によれば例えばスリーブ管１００として設けられた包装エレメント１００はこのような点溶接の他に線溶接も可能であるように薄く構成されている。点溶接は図４では符号１０２で示されている。この点溶接はダイヤフラム１１０の内側のストッパ面から間隔１０１をおいて行われる。この間隔１０１は第４の区間１０１とも称されている。これにより本発明の装置の異なる温度状況のために、加熱に際しての膨脹挙動が規定される。第４の区間１０１と包装エレメント１００の材料との選択によって、基体２０のセンシング領域３１に関連した包装エレメント１００の熱膨脹が規定される。何故ならば包装エレメント１００の内部にて膨脹は同様にダイヤフラム１１０の内側のストッパとセンサのダイヤフラム１１０から間隔１０１をおいた溶接１０２との間でも行われるからである。より簡単には、まず約−４０℃と＋３５０℃との間の問題となっている温度領域における熱的な膨脹係数がコンスタントであることから出発する。これは、包装エレメントの内部の基体２０の長さ変化が基体２０の膨脹係数でダイヤフラム１１０の内側とチップ保持体との間の区間の距離で行われることを意味する。チップ２０の関連長さは以下、第１の区間とも呼ばれ、図４に符号２１で示されている。第４の区間１０１の残った領域においてはチップ保持体１２０の膨脹が重要である。この第２の区間は符号１２１で示されている。本発明では基体２０のセンシング領域３１に対する力の作用はダイヤフラム１１０に対する力だけに関連し、装置の温度によって誘発される種々異なる長さ膨脹によって引起こされないようにしたい。包装エレメント１００の内部におけるわずかな熱膨脹は加熱に際して必然的にセンサエレメント２０もしくは基体２０に対しわずかな力の作用をシミレートする。この限りにおいて本発明によれば温度の作用によって惹起される長さ膨脹を基体２０のセンシング領域３１に対しほぼコンスタントに保つようになっている。これは本発明によれば特に基体２０，チップ保持体１２０と包装エレメント１００の材料を適当に選択することによりかつ区間１１０，２１及び１２１を適当に選択することにより行われる。したがって所定の温度レベルに補償された温度状況で、本発明によれば比較しようとする区間、すなわち一方では区間１０１と他方では区間２１と１２１とは温度と無関係に等しくされている。これは該当区間の温度で誘発された絶対的な長さ変化が等しいことを意味する。以下、膨脹区間としても記載した長さ変化は各区間２１，１２１，１０１に対し、所定の基準温度に対する温度差と、選ばれた材料固有の膨脹係数αと、基準又は標準温度での区間の長さとの積から求めることができる。第１の膨脹区間は第１の区間２１の温度で誘発された膨脹である。第２の膨脹区間は第２の区間１２１の温度で誘発された膨脹区間である。第３の膨脹区間は第３の区間１０１の温度で誘発された膨脹区間である。したがって第３の膨脹区間は第１の膨脹区間と第２の膨脹区間の和に相当すべきであり、等式
ΔＴ＊α１００＊ｘ１００＝ΔＴ＊α２０＊ｘ２０＋ΔＴ＊α１２０＊ｘ１２０
が成立する。
【００１８】
ｘ１００がｘ２０とｘ１２０との和に相当するという別の条件で、それぞれの材料のための公知の膨脹係数αから、区間ｘ１２０に対する区間ｘ１００の関係のための条件が得られる。この関係はそれぞれ関連する全区間に関する補償された温度比のためには
【００１９】
【数１】
2004085561.tif 000003
【００２０】
でなければならない。
【００２１】
この場合、ｘ１００は包装エレメント１００における関連区間に、つまり基準温度での第４区間１０１に相当する。さらにｘ２０は基体２０における関連区間に、つまり基準温度における第１の区間２１に相当する。したがって第４の区間１０１の長さ及び第２の区間１２１に対する第４の区間の比もしくは溶接点１０２の位置から、温度比が補償された状態で、基体２０と包装エレメント１００とチップ保持体１２０との温度で誘発された膨脹が、基体２０もしくはセンサエレメントの２０のセンシング領域３１に対し相対的にほぼ補償されることが達成される。関連する全区間１０１，２１，１２１に亘って補償されていない温度経過を根底にして、本発明によれば、エレメント２０，１２０，１００の温度に誘発された膨脹を、補償された温度に関連する前述の区間比とは異なる区間比を選ぶことによって補償することもできる。
【００２２】
したがってチップ保持体１２０が第４の区間１０１の間隔でケーシング１００と結合されていると、温度比が補償された状態では、種々異なる材料の温度に基づく長さ変化の差は、基体２０のセンシング領域３１の変位をもたらさない。したがってこの構成は熱的に補償されている。この熱的な補償は図５にもう一度概略的にダイヤフラム１１０の内側との間の包装エレメント１００の第４の区間１０１と、基体２０の膨脹に関連する第１の区間２１と、チップ保持体１２０の膨脹に関連する第２の区間１２１と共に示されている。この場合には基体２０とチップ保持体１２０との間には符号１１９で示された個所にて、例えば溶接又はクランプを用いた結合が行われる。したがって基体２０に関連する第１の区間２１としてはダイヤフラムと符号１１９で示された個所における結合との間の区間だけが関連する。これに対し図４においてはそこにストッパ２４があるために基体２０の全長が関連する。
【００２３】
図６においては本発明の装置１０の第２実施例が示されている。この場合にもチップ保持体１２０の上にある基体２０が包装エレメント１００内に設けられている。この場合、外部へ接続するために接続部材１２２が設けられている。包装エレメント１００は一方の端部にダイヤフラム１１０を有している。温度で誘発された包装エレメント１００の長さ膨脹を補償するためには包装エレメント１００の内部に付加的に補償エレメント１３０が設けられている。この補償エレメント１３０はダイヤフラム１１０と基体２０との間に設けられている。
【００２４】
図６の上位部分においては補償エレメント１３０を除いては、図４に相応する構造が示されている。この場合、チップ２０はチップ保持体１２０の上に取付けられかつ接続エレメント１２２に対し、特にワイヤボンディングを用いて接触させられている。包装エレメント１００の内部にて付加的に考慮される必要のある長さ変化としては、さらに第３の膨脹区間に相当する補償エレメント１３０の長さ変化がある。第３の長さ変化は符号１３１を備えた第３の区間、すなわち補償エレメント１３０の関連する膨脹に温度差と膨脹係数を乗じることで得られる。補償エレメント１３０の膨脹をも考慮することによって、補償エレメント１３０の材料を適当に選択することにより、基体２０のセンシング領域３１のために、温度変化による各長さ変化の補償を行うことができる。
【００２５】
図６の中央と下部とにおいては、基体２０が接続エレメント１２２とフリップクリップ接触させられた構造が示されている。フィリップクリップ接触点は、図６の下部にて、符号１２５で示されている。図６の下部においては基体２０が平面図で示され、図６の中央部においては９０°回動させられた図示が選択されているので基体２０は側面図で示されている。図６の中央部では温度誘発による長さ変化に関連する区間が示されている。第４の区間１０１はこの場合にも包装エレメント１００に関連する区間長さに相当し、第３の区間１３１は補償エレメント１３０に関連する膨脹区間に相当し、第１の区間２１は第１の部分区間２１１と第２の部分区間２１０とに分かれている。チップ保持体１２０の長さを膨脹が関連する第２の区間１２１は同様に図６の中央部に示されている。この場合にも全体として第４の膨脹区分に相当する温度で誘発された区間１０１の長さ変化は、区間１３１と区間２１と１２１とを合計した、温度で誘発された長さ変化と、つまり第２と第３の膨脹区間の合計と比較される。第１の区間２１を第１と第２の部分区間２１０，２１１に分けることは本発明によれば特に、第１の部分区間の領域における材料が第２の部分区間２１０の領域における基体材料とは異なる温度膨脹係数を有していることに帰因する。さらにこれは例えば第２の部分区分２１０の領域には、基体材料の温度膨脹係数の他に、この領域にて基体保持体１２０と結合されていることに基づき、基体保持体１２０の温度膨脹係数も熱膨脹に影響を及ぼすことにも帰因する。この場合にはもちろん部分区分２１０と２１１は図６に示すように別々に考慮されなければならない。
【００２６】
図７においては本発明による装置１０の第３実施例が示されている。この場合には包装エレメント１００は第１の部分１０４と第２の部分１０５とを備えている。包装エレメント１００の第１の部分１０４にはセンサダイヤフラム１１０が設けられている。第１の部分１０４は以下、包装ヘッド１０４と称することもある。包装エレメント１００の第２の部分１０５は、本発明の装置の第３実施例では、金属外套管もしくは鋼外套管の形で設けられており、その内部にはセラミック材料が特に粉体の形で配置されている。このセラミック材料は符号１０６で示され、さらに内部に金属導線を有している。この金属導線は符号１０７で示されている。さらに本発明の装置の第３実施例においても、基体２０と、チップ保持体１２０と、包装エレメント１００の第１の部分１０４とチップ保持体１２０との間の溶接点１０２もしくは溶接個所１０２とが示されている。基体２０は例えばワイヤボンディング又は直接的な溶着によってチップ保持体１２０と結合され、チップ保持体１２０は適宜の接触技術で金属外套管内の金属導線１０７と接続されている。しかしながら基板２０は本発明によれば直接的に金属導線１０７に前述の形式で接触させられることもできる。取付けるためには基体２０はそのチップ保持体１２０と一緒に包装エレメント１００の第２の部分１０５内へ組込まれ、例えば溶接点１０８で結合させられる。次いで包装エレメント１００の第１の部分１０４が第２の部分１０５の上に嵌合させられ、溶接点１０３もしくは溶接個所１０３を形成して、プレロードがかけられた状態で包装エレメント１００の第２の部分１０５と結合されている。これにより包装エレメント１００には鋼外套管１０５と結合されて包装ヘッド１０４が設けられる。
【００２７】
本発明による装置の図示の実施例では圧力センサとして、特に内燃機関の燃焼室圧力センサとして用いるためにはセンサヘッド、つまり装置１０の前方部分の放熱に留意することが有利である。これは例えばダイヤフラム１１０のすぐ近辺でシリンダヘッドの材料と熱的に接触させられることで行われる。センサを申し分のない機能に適した温度領域で運転するためにはこのような放熱は必要不可欠である。このためには例えば図面には示されていないがセンサヘッドに例えばシール面が形成される。
【００２８】
補償エレメント１３０は本発明によれば膨脹係数の比較的に高い材料から成るポンチとして設けられている。もちろん、ポンチ長さと固定点は本発明では適宜選択されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置を組立段階で示した図。
【図２】本発明の装置の側面図と断面図。
【図３】本発明の装置の拡大図。
【図４】本発明の装置の第１実施例の原則的な構造を詳細に示した図。
【図５】膨脹補償の原理図。
【図６】本発明の装置の第２実施例を示した図。
【図７】本発明の第３実施例を示した図。
【符号の説明】
１０　測定装置、　２０　基体、　２４　ストッパ、　２５　力の作用方向、３０　緊張領域、　３１　センシング領域、　４０　　弱化ゾーン、　７０　接続面、　１００　包装エレメント、　１１０　ダイヤフラム、　１１１　ダイヤフラム面、　１２０　保持体エレメント、　１２２　接続部材、　１３０　補償エレメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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