(57)【要約】  相対圧力又は絶対圧力測定のための圧力センサが提供される。圧力センサは、擾乱媒体を排除するために、付加的な加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）を備えて構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対圧力又は絶対圧力を決定するための圧力センサであって、
−その内部に配置されたハウジング壁（ＧＷ）を含むハウジング（ＧＨ）と、
−センサ素子（ＳＥ）と、
−前記センサ素子及びその電気的接続部のキャリヤとして機能するセラミック基板（ＫＳ）と、
−前記ハウジング又は前記ハウジング壁（ＧＷ）の内部に配置された加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）と、
を含む圧力センサ。
【請求項２】
前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は、前記セラミック基板（ＫＳ）の内部の位置（Ａ）又はその上の位置（Ｂ）に配置されている、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は、前記ハウジングの内部（Ｃ）又は前記ハウジング壁の内部（Ｄ）に配置されている、請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記センサ素子の前記下面（ＵＳ）に装着された、媒体の導入のためのガラスセラミック管（ＧＲ）を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記センサ素子は、前記センサ素子（ＳＥ）の前記上面（ＯＳ）及び前記下面（ＵＳ）にそれぞれ異なる媒体が接触するように、前記セラミック基板（ＫＳ）と接続されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は、媒体導入のために前記センサ素子（ＳＥ）の下面に位置するガラスセラミック管（ＧＲ）の内部（Ｅ）又は上部（Ｆ）に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記センサ素子（ＳＥ）の前記上面（ＯＳ）の上にメンブレン（ＭＳ）の支持体としてのゲル境界（ＧＢ）を有する充填物（ＧＦ）を備え、前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は、前記ゲル境界の上部に配置されている（位置Ｇ）、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は導電性プラスチックを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項９】
前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は、正の温度係数を有する抵抗要素を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項１０】
前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は、前記ハウジング壁の部分（複数）に一体化されており、マイクロ波放射の生成に適合している、請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項１１】
前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は、前記圧力センサ（ＤＳ）から独立した電力供給を備える構成とされている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項１２】
前記センサ素子はＭＥＭＳ部材として形成されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項１３】
第１の加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）とは異なる場所に配置されていると共に請求項２〜８を満足する別の加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）を有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項１４】
原動機付き車両における冷間エンジン始動の際に圧力を測定するために形成されており、前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は、前記圧力センサ（ＤＳ）を、最初の圧力測定を行い得る所定の作動温度まで加熱するために形成されている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項１５】
前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は、２０〜１６０℃の温度までの加熱のために形成されている、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の圧力センサの原動機付き車両における使用。
【請求項１７】
前記圧力センサ（ＤＳ）の起動の際、前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は、前記圧力センサ（ＤＳ）を加熱するために、所定の作動温度に達するまでスイッチオンされる、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の圧力センサを作動させるための方法。
【請求項１８】
前記加熱素子（Ｈ，Ａ−Ｇ）は、作動温度に達した際にスイッチオフされる、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
これは、特に自動車工学において使用するための、凍結した又は高粘度の媒体内での使用のためのＭＥＭＳ圧力センサである。
【背景技術】
【０００２】
凝縮物、凍結した又は高粘度の媒体は、圧力センサの測定信号を歪ませることがある。それらは、特に、高温の、粘性の、低粘性で低温の、水性の又は油性の相、低温で高粘性の油、凍結した水又は燃料である。歪んだ測定の結果は、以下のようなものであり得る：不十分な排ガス浄化、エンジン損傷、あるいは一般的に、監視されるべきプロセスの他の要素の損傷内燃機関の排ガスを清浄に保つことに対する要求が増大しているため、例えば、冷間エンジン始動の直後に正確な圧力測定を実行することが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、冷間エンジン始動の直後に既に正確な圧力測定を行うことができ、且つ、圧力センサの耐用年数を延ばすことができる圧力センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
当該課題は、請求項１による圧力センサによって解決される。従属請求項は、有利な実施例を提示する。
【０００５】
課題を解決するために、相対又は絶対圧力を測定することが可能な圧力センサが提案される。この圧力センサは、ハウジング壁を含むハウジングを含む。ハウジング壁は、絶対圧力の測定のためには密閉されていてもよく、相対圧力の測定のためには、例えば大気圧条件を基準圧力として使用するために開口を含んでいてもよい。ハウジング内には、センサ素子及びセラミック基板が配置されている。
【０００６】
センサ素子は、それによって圧力に起因するメンブレンの撓みが決定される部材である。これは、例えば、圧電効果を利用することによる、又は、例えば抵抗素子を用いてメンブレンの伸びを測定することによる、直接的な圧力決定など、様々な技術的な変形例において実施することができる。センサ素子の方向を定めるため、以下においては、センサ素子のうちメンブレンが位置する側はセンサ素子の上面と呼ばれ、反対側はセンサ素子の下面と呼ばれる。
【０００７】
セラミック基板は、センサ素子及びその電気的接続部のキャリヤとして機能する。セラミック基板上の電気的接続部は、圧力センサからの測定信号を導く機能を果たし、この測定信号は外部で処理され、当該信号に圧力が割り当てられる。センサ素子は、上面にも下面にも様々な媒体が到達可能であるように、セラミック基板と接続されている。センサ素子は、ＭＥＭＳ部材として形成され得る。
【０００８】
更に、加熱素子が、圧力センサの構成要素である。それは、正確な測定を可能とする作動温度を圧力センサ内で達成するという目的で、圧力センサ内の様々な位置に装着され得る。圧力センサを加熱することによって、生じ得る固体の及び液体の凝縮物は、溶かされ、場合によっては、気化され、場合によっては存在する高粘度の媒体と共に、圧力センサから排出され、場合によっては、ベークアウトされる。加熱素子によって、センサ素子を損傷又は破壊し得る氷の結晶の形成を防止することも可能である。
【０００９】
圧力センサは、センサ素子の下側に配置されたガラスセラミック管を含む。ガラスセラミック管は、センサ素子に媒体を導入するために使用され、ハウジング壁を貫通して導かれており、媒体は、ガラスセラミック管の内部においてセンサ素子の下側へ輸送され、あるいは、そこでセンサと接触し得る。次いで、媒体内の圧力がセンサ素子に印加される。媒体は、センサの外部においては、密閉されたシステム内に封入されていてもよい。ガラスセラミック管を用いて、センサ素子と監視されるべきシステムとの間に熱ブリッジが形成され、圧力及び温度の媒体特性が、測定されるべきシステムからセンサ素子へと伝達される。ガラスセラミック管は、圧力測定の改善された封止のために使用される。
【００１０】
圧力センサは、セラミック基板上のゲル境界（Gelbegrenzung）内にゲル充填物を含むと共に、センサ素子の上面に装着されている。ゲル境界は、その上面においてセンサ素子のメンブレンで閉鎖され、上方からゲルによって充填され得る、上部及び下部において開放された容器である。ゲル充填物は、大気圧をハウジングの内部からセンサ素子のメンブレンに伝達し、その際、メンブレンの機能自体を果たす。ゲル充填物によって、センサ素子の上面は、例えば大気中の湿気の影響から保護される。
【００１１】
加熱素子は、例えば、圧力センサを凍結温度よりもかなり高い温度まで加熱するために形成されている。例えば、20℃〜50℃、特に160℃までの温度への加熱が企図されている。
【００１２】
加熱素子は、多くの異なる位置に装着され得る。これらは全て圧力センサの内部にあり、以下の非網羅的なリストに列挙されている。
【００１３】
加熱素子は、
−セラミック基板の内部又は上（位置Ａ及びＢ）に配置されることができ、ここでは、好ましくは、電気的接続部の近傍に装着されている。セラミック基板は、層状セラミックとして形成されていてもよい。加熱素子は、例えば、セラミック基板の内部又は表面上の層の上に印刷されていてもよい。
−ハウジング内、例えばハウジング壁の内側（位置Ｃ）に配置されることができ、接着、クランプ又は半田付けによって、ハウジングの構成要素と直接的に接触する。
−ハウジング壁の内部（位置Ｄ）に配置されることができる。
−ガラスセラミック管の内部又は上部（位置Ｅ及びＦ）に配置されることができる。あるいは、
−ゲル境界の上部（位置Ｇ）に配置されることができ、ゲル境界に一体化されていてもよい。
【００１４】
加熱素子の様々な実施形態は、導電性プラスチック、例えば蛇行形状の抵抗、又は、正の温度係数を有する抵抗を含むことができる。抵抗のあり得る蛇行形状の利点は、抵抗がより長く、したがってより高い値を有し、その結果、より高い熱出力が得られることである。正の温度係数を有する抵抗の使用により、加熱素子の熱出力の外的制御はもはや必要ではない。
【００１５】
別の実施形態において、加熱素子は、センサのハウジングに一体化されていると共に、マイクロ波を放射することができ、当該マイクロ波によって、測定されるべき媒体が加熱される。それにより、加熱は、媒体内で直接的に行われ、熱出力のより最適な使用が可能となる。そのような加熱素子は、センサの異なる部位に配置することもできる。
【００１６】
熱出力の供給は、様々な方法で行われ得る。その際、例えば、圧力センサの電力供給、並びに、付加的でセンサ素子から独立した電力供給の変形例の可能性が存在する。エネルギー供給の分離は、測定信号が損なわれないという利点を有する。
【００１７】
上述した加熱素子に加えて、圧力センサは、説明された構造のうちの１つを有する別の加熱素子を含んでもよい。これは、上述したもののうち１つの位置に装着されることができるが、当該位置は、最初の加熱素子の位置とは異なっている。複数の加熱素子を使用することにより、圧力センサは、より均一に、したがってより効率的に加熱され得る。
【００１８】
上述した圧力センサは、例えば、原動機付き車両において使用するために、特に原動機付き車両の排ガス領域、例えばディーゼル粒子センサ又は尿素センサの領域において使用するために形成されている。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、上述した圧力センサを作動させるための方法が提示される。この方法によれば、圧力センサの起動の際、加熱素子は、設定された作動温度に達するまで、圧力センサを加熱するためにスイッチオンされる。設定された作動温度において、最初の圧力測定が行われる。加熱素子は、エネルギー消費の低減のために、例えば、圧力センサの作動中、加熱のために可能な限り少なくスイッチオンされる。例えば、加熱素子は、作動温度に達した際にスイッチオフされる、圧力センサの凍結は、その後、エンジンの熱によって防止される。代替的に、走行中の凍結を防止するために、加熱素子を継続的に作動させることも可能である。
【００２０】
以下において、本発明及びその構成要素が、選択された実施例及びそれに付随する概略的な図面に基づいて、詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】１つ又は複数の加熱素子のための種々の位置を有する圧力センサＤＳの概略的な断面図、及び、圧力センサの他の構成要素に対するそれらの位置の相対的な関係を示している。
【図２】センサ素子の概略的な断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示された断面図は、圧力センサの概略的な構造を示している。この圧力センサは、ハウジング壁ＧＷを含むハウジングＧＨと、ハウジングの内部に位置するセラミック基板ＫＳと、セラミック基板内に埋め込まれたセンサ素子ＳＥと、センサ素子の下側にあるガラスセラミック管ＧＲと、センサ素子の上側にあるゲル境界ＧＢ内のゲル充填物ＧＦと、を備える。
【００２３】
更に、１つ又は複数の加熱素子Ｈの、特に位置Ａ〜Ｇへのあり得る配置のための種々の変形例が記入されている。加熱素子の記入された例示的な装着位置は、以下のとおりである：加熱素子は、
−セラミック基板の内部又は上（位置Ａ及びＢ）、
−ハウジングの内部、例えばハウジング壁の内側（位置Ｃ）、
−ハウジング壁の内部（位置Ｄ）、
−ガラスセラミック管の内部又は上部（位置Ｅ及びＦ）、あるいは、
−ゲル境界の上部（位置Ｇ）
に配置され得る。
【００２４】
加熱素子の位置の全ての図示は、純粋に概略的であり、互いに対して又は図示されたそれぞれの部材の大きさに対して、縮尺どおりではない。
【００２５】
図２は、センサ素子ＳＥの拡大断面図を示している。ここでは、センサ素子のメンブレンＭＳを認識することができ、これは、ここではセンサ素子の上面ＯＳを形成している。上面の反対側には、センサ素子の下面ＵＳが位置しており、そこには、センサ素子のメンブレンＭＳへの媒体通路ＭＧが位置している。
【００２６】
図１及び２に示されたセンサ素子の形態は、例示的なものにすぎない。センサ素子の構築のために他の形態又は材料も使用され得る。
【符号の説明】
【００２７】
Ａ    セラミック基板上の加熱素子
Ｂ    セラミック基板内の加熱素子
ＢＬ  換気
Ｃ    ハウジングの内部の加熱素子
Ｄ    ハウジング壁の内部の加熱素子
ＤＳ  圧力センサ
ＤＺ  圧力導入
Ｅ    ガラスセラミック管の内部の加熱素子
Ｆ    ガラスセラミック管の上部の加熱素子
Ｇ    ゲル境界の上部の加熱素子
ＧＢ  ゲル境界
ＧＦ  ゲル充填物
ＧＨ  ハウジング
ＧＲ  ガラスセラミック管
ＧＷ  ハウジング壁
Ｈ    加熱素子
ＫＳ  セラミック基板
ＭＧ  媒体通路
ＭＳ  センサ素子のメンブレン
ＯＳ  センサ素子の上面
ＳＥ  センサ素子
ＵＳ  センサ素子の下面
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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