DE102014223984A1

DE102014223984A1 - Freeze-resistant pressure sensor arrangement, in particular as differential pressure sensor arrangement for diesel particulate filter

Info

Publication number: DE102014223984A1
Application number: DE102014223984.2A
Authority: DE
Inventors: Masoud Habibi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-05-25

Abstract

Es wird eine Drucksensoranordnung (1) vorgeschlagen, welche beispielsweise als Differentialdrucksensoranordnung an einem Dieselpartikelfilter eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. Die Drucksensoranordnung (1) weist einen Drucksensor (3) mit einer Detektionsfläche (11) zum Detektieren von Druckveränderungen und ein den Drucksensor (3) umgebendes Gehäuse (5) auf. Das Gehäuse (5) weist wenigstens einen Gaseinlass (9) auf, der mit einem Volumen (30) angrenzend an die Detektionsfläche (11) gasdurchlässig verbunden ist. Die Drucksensoranordnung (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gaseinlass (9), dem Gehäuse (5) und/oder dem Drucksensor (3) ein Druckausgleichselement (33) mit einer semipermeablen Membran (37) derart angeordnet ist, dass ein Gasaustausch zwischen dem Gaseinlass (9) und dem Volumen (30) angrenzend an die Detektionsfläche (11) ausschließlich durch die semipermeable Membran (37) hindurch stattfindet. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass Flüssigkeiten ins Innere des Gehäuses (5) eindringen und dort beispielsweise eine Membran (25) eines mikromechanischen Bauelements (23) schädigen können.A pressure sensor arrangement (1) is proposed which can be used, for example, as a differential pressure sensor arrangement on a diesel particle filter of a motor vehicle. The pressure sensor arrangement (1) has a pressure sensor (3) with a detection surface (11) for detecting pressure changes and a housing (5) surrounding the pressure sensor (3). The housing (5) has at least one gas inlet (9), which is connected in a gas-permeable manner to a volume (30) adjacent to the detection surface (11). The pressure sensor arrangement (1) is characterized in that a pressure compensation element (33) with a semipermeable membrane (37) is arranged at the gas inlet (9), the housing (5) and / or the pressure sensor (3) such that a gas exchange between the gas inlet (9) and the volume (30) adjacent to the detection surface (11) takes place exclusively through the semipermeable membrane (37). In this way, it can be avoided that liquids penetrate into the interior of the housing (5) and can damage there, for example, a membrane (25) of a micromechanical component (23).

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung betrifft eine Drucksensoranordnung, wie sie insbesondere als Differentialdrucksensoranordnung für Dieselpartikelfilter in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. The invention relates to a pressure sensor arrangement, as it can be used in particular as a differential pressure sensor arrangement for diesel particulate filter in motor vehicles.

Hintergrund der Erfindung Background of the invention

Drucksensoren können dazu eingesetzt werden, Gasdrücke in Systemen zu messen. Beispielsweise kann mithilfe eines Drucksensors ein Gasdruck innerhalb eines gasführenden bzw. gasbeinhaltenden Systems relativ zu einem Referenzdruck gemessen werden. Alternativ können zwei Gasdrücke z.B. an verschiedenen Stellen eines gasführenden bzw. gasbeinhaltenden Systems relativ zueinander gemessen werden. Im letzteren Fall wird auch von einem Differenzdrucksensor gesprochen. Pressure sensors can be used to measure gas pressures in systems. For example, by means of a pressure sensor, a gas pressure within a gas-containing system can be measured relative to a reference pressure. Alternatively, two gas pressures, e.g. be measured at different locations of a gas-containing or gas-containing system relative to each other. In the latter case is also spoken by a differential pressure sensor.

Beispielsweise kann ein Differenzdrucksensor in einem Kraftfahrzeug dazu eingesetzt werden, einen Verschmutzungsgrad in einem Dieselpartikelfilter anhand eines im Zulauf zu dem Filter herrschenden Gasdrucks relativ zu einem im Ablauf herrschenden Gasdruck zu bestimmen. For example, a differential pressure sensor in a motor vehicle can be used to determine a degree of contamination in a diesel particulate filter based on a pressure prevailing in the inlet to the filter gas pressure relative to a prevailing gas pressure in the process.

Drucksensoren weisen im Allgemeinen eine Detektionsfläche auf, die dazu ausgelegt ist, abhängig von auf sie wirkenden Drücken ihre physikalischen Eigenschaften zu ändern. Beispielsweise kann die Detektionsfläche als dünne Membran ausgebildet sein, die sich bei Druckbeaufschlagung verformt. Aufgrund der Verformung auftretende Änderungen von physikalischen Parametern können beispielsweise mittels eines integrierten Schaltkreises gemessen und dann als ein Signal ausgegeben werden, welches Informationen über den wirkenden Gasdruck trägt. Pressure sensors generally have a detection surface designed to change their physical properties depending on pressures acting on them. For example, the detection surface may be formed as a thin membrane, which deforms when pressurized. Changes in physical parameters due to the deformation can be measured, for example, by means of an integrated circuit and then output as a signal carrying information about the acting gas pressure.

US 6,155,119 beschreibt eine Drucksensoranordnung. EP 1 521 952 B1 beschreibt eine Vorrichtung zur Druckmessung welche zur Druckmessung, insbesondere zur Differenzdruckmessung, in Kraftfahrzeugen geeignet ist. US 6,155,119 describes a pressure sensor arrangement. EP 1 521 952 B1 describes a device for pressure measurement which is suitable for pressure measurement, in particular for differential pressure measurement, in motor vehicles.

Damit die Detektionsfläche des Drucksensors den zu messenden Druck eines Gases in einem System erfassen kann, sollte eine gasdurchlässige Verbindung zwischen dem System und einem Volumen angrenzend an die Detektionsfläche bestehen. Durch Gasaustausch kann dann eine Druckänderung in dem System einen veränderten Druck auf die Detektionsfläche bewirken. In order for the detection surface of the pressure sensor to detect the pressure of a gas to be measured in a system, there should be a gas-permeable connection between the system and a volume adjacent to the detection surface. Gas exchange can then cause a pressure change in the system to change the pressure on the detection surface.

Allerdings kann es durch die gasdurchlässige Verbindung hindurch auch zu einem Austausch von Flüssigkeiten kommen. Insbesondere können in dem Gas, dessen Druck gemessen werden soll, z.B. Wasser und Stickoxide enthalten sein. Hierbei können z.B. Säuren gebildet werden. Ein Kontakt von Flüssigkeiten mit der Detektionsfläche des Drucksensors sollte jedoch regelmäßig vermieden werden. Ansonsten könnte sich Flüssigkeit an dieser Detektionsfläche anlagern und gegebenenfalls Messergebnisse verfälschen oder bei tiefen Temperaturen dort gefrieren und den Sensor schädigen. However, it may also come through the gas-permeable compound through an exchange of liquids. In particular, in the gas whose pressure is to be measured, e.g. Be water and nitrogen oxides contained. Here, e.g. Acids are formed. However, contact of liquids with the detection surface of the pressure sensor should be avoided on a regular basis. Otherwise, liquid could accumulate on this detection surface and possibly falsify measurement results or freeze there at low temperatures and damage the sensor.

Um Flüssigkeiten beispielsweise von einer als Detektionsfläche dienenden Membran eines Drucksensors fern zu halten, wurden bisher zugehörige Bereiche der Membran beispielsweise durch ein lokal eingebrachtes Gel geschützt. In order to keep liquids away, for example, from a membrane of a pressure sensor serving as a detection surface, previously associated regions of the membrane have been protected, for example, by a locally introduced gel.

Allerdings wurde beobachtet, dass herkömmliche Drucksensoren mit der Zeit an Messgenauigkeit verlieren können. However, it has been observed that conventional pressure sensors may lose measurement accuracy over time.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise eine Drucksensoranordnung ermöglichen, welche eine langfristig hohe Messgenauigkeit gewährt. Embodiments of the present invention may advantageously enable a pressure sensor assembly that provides high long term measurement accuracy.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Drucksensoranordnung vorgeschlagen, welche einen Drucksensor und ein den Drucksensor umgebendes Gehäuse aufweist. Der Drucksensor weist eine Detektionsfläche zum Detektieren von Druckveränderungen auf. Das Gehäuse weist wenigstens einen Gaseinlass auf, der mit einem Volumen angrenzend an die Detektionsfläche gasdurchlässig verbunden ist. Die Drucksensoranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass an dem Gaseinlass, dem Gehäuse und/oder dem Drucksensor ein Druckausgleichselement mit einer semipermeablen Membran derart angeordnet ist, dass ein Gasaustausch zwischen dem Gaseinlass und dem Volumen angrenzend an die Detektionsfläche ausschließlich durch die semipermeable Membran hindurch stattfindet According to a first aspect of the invention, a pressure sensor arrangement is proposed, which has a pressure sensor and a housing surrounding the pressure sensor. The pressure sensor has a detection surface for detecting pressure changes. The housing has at least one gas inlet which is gas-permeably connected to a volume adjacent to the detection surface. The pressure sensor arrangement is characterized in that at the gas inlet, the housing and / or the pressure sensor, a pressure compensation element is arranged with a semipermeable membrane such that a gas exchange between the gas inlet and the volume adjacent to the detection surface takes place exclusively through the semipermeable membrane

Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden. Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below.

Wie einleitend angemerkt, wurde bei herkömmlichen Drucksensoranordnungen, bei denen eine Detektionsfläche mittels eines Gels gegen Flüssigkeiten geschützt wurde, teilweise eine mangelhafte langfristige Messgenauigkeit beobachtet. Es wurde nun erkannt, dass Verfälschungen von Messergebnissen unter anderem dadurch bedingt sein können, dass das Gel im Laufe der Zeit verhärtet, d.h. einen Teil seiner Elastizität verliert, beispielsweise aufgrund eines fortwährenden oder häufig wiederholten Kontakts mit Abgasen in Kombination mit hoher Temperatur. Eine Verhärtung des Gels kann beispielsweise zu einer Verfälschung einer Druckkennlinie des Sensors führen. As noted in the introduction, in conventional pressure sensor assemblies where a detection surface has been gel-shielded, a lack of long-term measurement accuracy has been observed. It has now been recognized that falsifications of measurement results may be due, inter alia, to the gel hardening over time, ie, losing some of its elasticity, for example due to an ongoing or frequently repeated Contact with exhaust gases in combination with high temperature. For example, a hardening of the gel can lead to a falsification of a pressure characteristic of the sensor.

Es wird daher eine Drucksensoranordnung vorgeschlagen, welche so ausgebildet ist, dass auf ein Einfüllen von Gel in das Volumen angrenzend an die Detektionsfläche verzichtet werden kann. It is therefore proposed a pressure sensor arrangement which is designed so that it can be dispensed with a filling of gel in the volume adjacent to the detection surface.

Es wird vorgeschlagen, ein Druckausgleichselement derart an dem Gaseinlass, dem Gehäuse und/oder dem Drucksensor anzuordnen, dass ein Gasaustausch zwischen dem Volumen angrenzend an die Detektionsfläche und dem Gaseinlass ausschließlich durch das Druckausgleichselement hindurch erfolgen kann. It is proposed to arrange a pressure compensation element on the gas inlet, the housing and / or the pressure sensor in such a way that gas exchange between the volume adjacent to the detection surface and the gas inlet can take place exclusively through the pressure compensation element.

Das Druckausgleichselement weist hierzu eine semipermeable Membran auf, durch die zwar Gase transmittiert werden können, die jedoch gegenüber Flüssigkeiten dicht ist. Mit anderen Worten können einzelne Atome, Moleküle oder mikroskopische Partikel eines Gases zwar durch die Membran hindurch transportiert werden, Tröpfchen einer Flüssigkeit jedoch zuverlässig an der Membran aufgehalten werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass Flüssigkeiten in das Innere des Gehäuses der Drucksensoranordnung und dort in das Volumen angrenzend an die Detektionsfläche gelangen oder dort gegebenenfalls schädigend wirken können. For this purpose, the pressure compensation element has a semipermeable membrane through which gases can be transmitted, but which is dense to liquids. In other words, individual atoms, molecules or microscopic particles of a gas can indeed be transported through the membrane, but droplets of a liquid can be reliably stopped at the membrane. In this way, it is possible to prevent liquids from entering the interior of the housing of the pressure sensor arrangement and from there into the volume adjacent to the detection area or possibly being damaged there.

Die semipermeable Membran kann beispielsweise keine Durchgangsöffnungen mit einem Durchmesser von mehr als 10µm aufweisen. Anders ausgedrückt sind alle etwaig vorhandenen Durchgangsöffnungen kleiner als 10µm, vorzugsweise kleiner als 5µm. Mit anderen Worten unterscheidet sich die semipermeable Membran diesbezüglich beispielsweise von einem herkömmlichen Filter, der typischerweise Durchgangsöffnungen größer als 10µm aufweist und dazu ausgelegt ist, Partikel wie z.B. Ruß aufzuhalten, nicht jedoch kleinste Flüssigkeitströpfchen. Insbesondere kann die Membran luftdurchlässig sein, gleichzeitig aber Wasser zurückhalten. Eine solche Membran kann beispielsweise durch gezieltes Dehnen einer Kunststofffolie, insbesondere einer Folie aus Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon^®), erzeugt werden. Die semipermeable Membran kann eine Dicke von beispielsweise zwischen 1 und 500µm, vorzugsweise zwischen 10 und 100µm aufweisen. The semipermeable membrane may for example have no through openings with a diameter of more than 10 .mu.m. In other words, any passage openings that may be present are smaller than 10 .mu.m, preferably smaller than 5 .mu.m. In other words, the semipermeable membrane differs in this regard, for example, from a conventional filter, which typically has through holes greater than 10 microns and is designed to stop particles such as soot, but not the smallest liquid droplets. In particular, the membrane may be permeable to air, but at the same time retain water. Such a membrane can be produced, for example, by targeted stretching of a plastic film, in particular a film of polytetrafluoroethylene (PTFE, ^Teflon® ). The semipermeable membrane may have a thickness of, for example, between 1 and 500 μm, preferably between 10 and 100 μm.

Die semipermeable Membran kann hydrophob, d.h. wasserabstoßend, sein. Dadurch kann vermieden werden, dass sich Wasser an der Membran anlagern kann. The semipermeable membrane may be hydrophobic, i. water repellent, be. This can avoid that water can accumulate on the membrane.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Druckausgleichselement an dem Gaseinlass derart angeordnet, dass die semipermeable Membran einen Querschnitt des Gaseinlasses überspannt. Mit anderen Worten verschließt die semipermeable Membran den Gaseinlass vollständig und kann somit verhindern, dass Flüssigkeiten durch den Gaseinlass hindurch ins Innere des Gehäuses der Drucksensoranordnung gelangen können. According to one embodiment, the pressure compensation element is arranged at the gas inlet such that the semipermeable membrane spans a cross section of the gas inlet. In other words, the semi-permeable membrane closes the gas inlet completely and can thus prevent liquids from passing through the gas inlet into the interior of the housing of the pressure sensor arrangement.

Beispielsweise kann das Druckausgleichselement eine Hülse aufweisen, deren Querschnitt mit der semipermeablen Membran überspannt ist. Die Hülse kann gasdicht an dem Gaseinlass angeordnet sein. Die Hülse kann insbesondere ein ringförmiges oder zylindrisches Bauteil sein. Die Hülse kann aus Kunststoff, Elastomer, Metall, einem Verbundwerkstoff oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Die Hülse umgibt in ihrem Inneren einen Kanal, durch den hindurch ein Gasaustausch stattfinden kann. Der Kanal innerhalb der Hülse weist einen Querschnitt auf, der vollständig von der semipermeablen Membran überspannt ist. Durch den Kanal der Hülse kann somit keinerlei festes oder flüssiges Material ins Innere des Gehäuses der Drucksensoranordnung gelangen. Die Membran kann mit der Hülse dicht verbunden sein. Beispielsweise kann die Membran mit der Hülse verklebt sein oder in die Hülse eingegossen sein. Die Hülse selbst soll gasdicht an dem Gaseinlass angeordnet sein, sodass auch keinerlei Material beispielsweise durch Spalte an einer Grenzfläche zwischen der Hülse und dem Gaseinlass in das Gehäuse eindringen kann. Die Hülse kann somit als Dichtelement, insbesondere als Dichtring, fungieren. For example, the pressure compensation element may comprise a sleeve, whose cross section is covered with the semipermeable membrane. The sleeve may be arranged gas-tight at the gas inlet. The sleeve may in particular be an annular or cylindrical component. The sleeve may be made of plastic, elastomer, metal, a composite or other suitable material. The sleeve surrounds in its interior a channel through which a gas exchange can take place. The channel within the sleeve has a cross-section which is completely covered by the semipermeable membrane. Thus, no solid or liquid material can get into the interior of the housing of the pressure sensor arrangement through the channel of the sleeve. The membrane may be tightly connected to the sleeve. For example, the membrane may be glued to the sleeve or be poured into the sleeve. The sleeve itself should be arranged gas-tight at the gas inlet, so that no material can penetrate, for example, by gaps at an interface between the sleeve and the gas inlet into the housing. The sleeve can thus act as a sealing element, in particular as a sealing ring.

Zum Beispiel kann das Druckausgleichselement in den Gaseinlass eingepresst, eingeklebt und/oder eingeschweißt sein. Eine Außenkontur des Druckausgleichselements kann dabei weitgehend einer Innenkontur des Gaseinlasses entsprechen. Ein Einpressen eines Druckausgleichselements mit einer Hülse beispielsweise aus Kunststoff oder Elastomer ermöglicht eine besonders einfache Montage. Ein Einkleben oder Einschweißen des Druckausgleichselements in den Gaseinlass kann in einer langfristig besonders dichten und stabilen Fixierung des Druckausgleichselements an dem Gaseinlass resultieren. For example, the pressure compensation element can be pressed into the gas inlet, glued and / or welded. An outer contour of the pressure compensation element can largely correspond to an inner contour of the gas inlet. Pressing a pressure compensation element with a sleeve, for example made of plastic or elastomer allows a particularly simple installation. Gluing or welding of the pressure compensation element in the gas inlet can result in a long-term particularly dense and stable fixation of the pressure compensation element at the gas inlet.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Drucksensor an einer Platine angeordnet, welche eine Durchgangsöffnung aufweist. Die Detektionsfläche des Drucksensors steht hierbei in gasdurchlässiger Verbindung mit der Durchgangsöffnung. Das Druckausgleichselement ist dann an einer dem Drucksensor entgegengesetzten Seite der Platine angeordnet und überdeckt die Durchgangsöffnung. According to another embodiment, the pressure sensor is arranged on a circuit board which has a passage opening. The detection surface of the pressure sensor is in this case in gas-permeable connection with the passage opening. The pressure compensation element is then arranged on a side opposite the pressure sensor side of the board and covers the passage opening.

Die Platine kann hierbei den Drucksensor mechanisch halten. Gleichzeitig kann die Platine gegebenenfalls auch eine elektrische Kontaktierung des Drucksensors ermöglichen. Eine zu der Platine hin gerichtete Seite der Detektionsfläche des Drucksensors steht durch die Durchgangsöffnung der Platine hindurch in gasdurchlässiger Verbindung mit einer gegenüberliegenden Seite der Platine. Die Durchgangsöffnung kann dabei verhältnismäßig kleinflächig im Vergleich zur Detektionsfläche sein. Beispielsweise kann die Durchgangsöffnung eine Querschnittsfläche von weniger als 10mm² oder weniger als 5mm² aufweisen. Ein im Bereich einer derart kleinen Durchgangsöffnung aufgebrachtes Gel könnte sich eventuell an Rändern der Durchgangsöffnung verhaken, insbesondere, wenn es mit der Zeit aushärtet, und somit Druckmessergebnisse verfälschen. The board can hold the pressure sensor mechanically. At the same time, the board may possibly also allow an electrical contacting of the pressure sensor. One to the board directed side of the detection surface of the pressure sensor is through the passage opening of the board through in gas-permeable connection with an opposite side of the board. The passage opening can be relatively small area compared to the detection area. For example, the through-opening may have a cross-sectional area of less than 10 mm ² or less than 5 mm ² . A gel applied in the area of such a small passage opening could possibly get caught on edges of the passage opening, in particular if it hardens over time, and thus falsify pressure measurement results.

Um eine Eindringen von Flüssigkeiten durch die Durchgangsöffnung hindurch hin zu der Detektionsfläche zu vermeiden, ist an der dem Drucksensor entgegengesetzten Seite der Platine das Druckausgleichselement angeordnet. Das Druckausgleichselement kann hierbei beispielsweise lediglich aus der semipermeablen Membran bestehen, welche an ihren Rändern an die Platine angeklebt oder mit dieser verschweißt ist. Alternativ kann das Druckausgleichselement einen Rahmen aufweisen, der die semipermeable Membran umgibt und der an der Platine befestigt werden kann. In order to prevent ingress of liquids through the passage opening through to the detection surface, the pressure compensation element is arranged on the side opposite the pressure sensor side of the board. The pressure compensation element may in this case for example consist only of the semipermeable membrane, which is glued at its edges to the board or welded to it. Alternatively, the pressure compensation element may comprise a frame which surrounds the semipermeable membrane and which may be secured to the circuit board.

Gemäß einer speziellen Ausgestaltung ist die Drucksensoranordnung als Differentialdrucksensoranordnung ausgebildet. Das Gehäuse weist in diesem Fall zwei Gaseinlässe auf. Ein erster Gaseinlass ist mit einem ersten Volumen angrenzend an die Detektionsfläche gasdurchlässig verbunden. Ein zweiter Gaseinlass ist mit einem zweiten Volumen angrenzend an die Detektionsfläche an einer dem ersten Volumen entgegengesetzten Seite der Detektionsfläche gasdurchlässig verbunden. Das Druckausgleichselement ist hierbei an dem zweiten Gaseinlass, dem Gehäuse und/oder dem Drucksensor derart angeordnet, dass ein Gasaustausch zwischen dem zweiten Gaseinlass und dem zweiten Volumen angrenzend an die Detektionsfläche ausschließlich durch die semipermeable Membran hindurch stattfindet. According to a special embodiment, the pressure sensor arrangement is designed as a differential pressure sensor arrangement. The housing in this case has two gas inlets. A first gas inlet is connected in a gas-permeable manner with a first volume adjacent to the detection surface. A second gas inlet is connected in a gas-permeable manner to a second volume adjacent to the detection surface on a side of the detection surface opposite the first volume. The pressure compensation element is in this case arranged on the second gas inlet, the housing and / or the pressure sensor such that a gas exchange takes place between the second gas inlet and the second volume adjacent to the detection surface exclusively through the semipermeable membrane.

Mit anderen Worten sind in der speziellen Ausgestaltung als Differenzdrucksensoranordnung zwei Gaseinlässe an dem Gehäuse vorgesehen, wobei die Gaseinlässe jeweils eine gasdurchlässige Verbindung zu einem der an entgegengesetzten Seiten der Detektionsfläche vorgesehenen Volumina ausbilden. Beispielsweise kann an dem ersten Gaseinlass Gas aus einem Systembereich mit höherem Gasdruck in das Gehäuse der Drucksensoranordnung eingeleitet werden und auf eine erste Seite der Detektionsfläche wirken, wohingegen durch den zweiten Gaseinlass Gas aus einem anderen Systembereich mit niedrigerem Gasdruck in das Gehäuse der Drucksensoranordnung eingeleitet werden und auf eine entgegengesetzte zweite Seite der Detektionsfläche wirken kann, sodass mithilfe der Detektionsfläche eine Gasdruckdifferenz zwischen den beiden Systembereichen bestimmt werden kann. In other words, two gas inlets are provided on the housing in the specific embodiment as a differential pressure sensor arrangement, wherein the gas inlets each form a gas-permeable connection to one of the provided on opposite sides of the detection surface volumes. For example, at the first gas inlet, gas from a system area of higher gas pressure may be introduced into the housing of the pressure sensor assembly and act on a first side of the detection area, whereas gas from another system area with lower gas pressure may be introduced into the housing of the pressure sensor assembly through the second gas inlet and can act on an opposite second side of the detection surface, so that using the detection surface, a gas pressure difference between the two system areas can be determined.

Bei einer Ausgestaltung als Differenzdrucksensoranordnung kann es genügen, lediglich zwischen einem der beiden Gaseinlässe und der Detektionsfläche ein Druckausgleichselement vorzusehen. Beispielsweise können Bereiche der Drucksensoranordnung an entgegengesetzten Seiten der Detektionsfläche unterschiedlich ausgestaltet sein, sodass eine der Seiten problemlos durch ein Gel vor Feuchtigkeit geschützt werde kann, wohingegen es an der entgegengesetzten Seite vorteilhaft sein kann, ein Eindringen von Feuchtigkeit mithilfe eines Druckausgleichselements zu verhindern. Insbesondere kann angenommen werden, dass die Seite mit geringer Gelmenge gegenüber Gelverhärtung empfindlicher ist. In one embodiment as a differential pressure sensor arrangement, it may be sufficient to provide a pressure compensation element only between one of the two gas inlets and the detection surface. For example, portions of the pressure sensor assembly may be differently configured on opposite sides of the detection surface, so that one of the sides may be easily protected from moisture by a gel, whereas on the opposite side, it may be advantageous to prevent ingress of moisture by means of a pressure compensation element. In particular, it can be considered that the low gel site is more susceptible to gel hardening.

Ausführungsformen der zuvor beschriebenen Drucksensoranordnung können insbesondere in der Ausgestaltung als Differentialdrucksensoranordnung vorteilhaft bei Dieselpartikelfiltern eingesetzt werden. Hierbei kann ein Gasdruck innerhalb eines Auspuffsystems eines Kraftfahrzeugs vor und hinter einem Dieselpartikelfilter gemessen werden und anhand des sich ergebenden Differentialdrucks auf einen Verschmutzungsgrad des Dieselpartikelfilters rückgeschlossen werden. Embodiments of the pressure sensor arrangement described above can be used advantageously in particular in the embodiment as a differential pressure sensor arrangement in diesel particulate filters. Here, a gas pressure can be measured within an exhaust system of a motor vehicle in front of and behind a diesel particulate filter and be deduced on the basis of the resulting differential pressure on a degree of contamination of the diesel particulate filter.

Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen. It should be understood that some of the possible features and advantages of the invention are described herein with reference to different embodiments. A person skilled in the art will recognize that the features can be suitably combined, adapted or replaced in order to arrive at further embodiments of the invention.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which neither the drawings nor the description are to be construed as limiting the invention.

1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Drucksensoranordnung. 1 shows an exploded perspective view of a pressure sensor assembly.

2 und 3 zeigen eine Schnittansicht sowie eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausgestaltung einer Drucksensoranordnung. 2 and 3 show a sectional view and a perspective view of an alternative embodiment of a pressure sensor arrangement.

4 zeigt eine Schnittansicht durch einen herkömmlich durch Vergelen geschützten Differentialdrucksensor einer Drucksensoranordnung. 4 shows a sectional view through a conventionally protected by gauging differential pressure sensor of a pressure sensor assembly.

5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Drucksensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 shows a perspective view of a pressure sensor assembly according to an embodiment of the present invention.

6 zeigt eine Schnittansicht einer Drucksensoranordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 shows a sectional view of a pressure sensor assembly according to an alternative embodiment of the present invention.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale. The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt Komponenten einer Drucksensoranordnung 1. 2 und 3 zeigen eine geringfügig modifizierte Variante einer Drucksensoranordnung 1. 1 shows components of a pressure sensor arrangement 1 , 2 and 3 show a slightly modified variant of a pressure sensor arrangement 1 ,

Die Drucksensoranordnung 1 weist einen Drucksensor 3 sowie ein den Drucksensor 3 im montierten Zustand umgebendes Gehäuse 5 einschließlich eines Deckels 2 auf. An dem Gehäuse sind zwei Gaseinlässe 7, 9 in Form von seitlich von dem Gehäuse abragenden, hohlzylindrischen Stutzen vorgesehen. Der Drucksensor 3 kann als mikromechanisches Bauelement ausgestaltet sein. Er weist eine Detektionsfläche 11 auf, deren Eigenschaften sich bei Druckbeaufschlagung messbar verändern. Der Drucksensor 3 ist an einer Platine 13 befestigt, die sowohl zur mechanischen Stabilisierung als auch zur elektrischen Kontaktierung des Drucksensors 3 nach außen hin über Kontakte 15 dient. Die Kontakte 15 sind in einer Buchse 17 aufgenommen, sodass der Drucksensor 3 mittels eines Steckers (nicht dargestellt) von außen her kontaktiert werden kann. Der Drucksensor 3 ist in einem von dem Gehäuse 5 umgebenen Innenraum 19 angeordnet. Das Gehäuse 5 kann über eine Öse 21 beispielsweise an einer tragenden Struktur befestigt werden. The pressure sensor arrangement 1 has a pressure sensor 3 and a pressure sensor 3 in the assembled state surrounding housing 5 including a lid 2 on. On the housing are two gas inlets 7 . 9 provided in the form of laterally projecting from the housing, hollow cylindrical neck. The pressure sensor 3 can be designed as a micromechanical device. He has a detection surface 11 whose properties change measurably when pressurized. The pressure sensor 3 is on a circuit board 13 attached, both for mechanical stabilization and for electrical contacting of the pressure sensor 3 outward through contacts 15 serves. The contacts 15 are in a socket 17 recorded so that the pressure sensor 3 by means of a plug (not shown) can be contacted from the outside. The pressure sensor 3 is in one of the housing 5 surrounded interior 19 arranged. The housing 5 can over an eyelet 21 be attached to a supporting structure, for example.

Über die Gaseinlässe 7, 9 kann Gas von außen her in den Innenraum 19 eindringen. Die Gaseinlässe 7, 9 sowie der Innenraum 19 sind dabei derart ausgestaltet, dass über den ersten Gaseinlass 7 eindringendes Gas hin zu einer ersten Oberfläche der Detektionsfläche 11 gelangen kann, wohingegen über den zweiten Gaseinlass 9 eindringendes Gas hin zu einer der ersten Oberfläche entgegengesetzten zweiten Oberfläche der Detektionsfläche 11 gelangen kann. About the gas inlets 7 . 9 can gas from the outside into the interior 19 penetration. The gas inlets 7 . 9 as well as the interior 19 are designed such that over the first gas inlet 7 penetrating gas towards a first surface of the detection surface 11 while on the second gas inlet 9 penetrating gas towards one of the first surface opposite second surface of the detection surface 11 can get.

Die beiden Gaseinlässe 7, 9 können beispielsweise mit unterschiedlichen Bereichen eines gasführenden Systems (nicht dargestellt) verbunden sein, sodass mithilfe des Drucksensors ein relativer Druckunterschied zwischen diesen Bereichen bestimmt werden kann. Beispielsweise kann die Drucksensoranordnung 1 somit als Differentialdrucksensoranordnung in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs dazu eingesetzt werden, einen Gasdruck in dem Abgassystem an einer Position stromaufwärts eines Partikelfilters in Relation zu einem Gasdruck in dem Abgassystem an einer Position stromabwärts des Partikelfilters zu bestimmen. Aus dieser Information kann auf einen Verschmutzungsgrad des Partikelfilters rückgeschlossen werden. The two gas inlets 7 . 9 For example, they may be connected to different areas of a gas-carrying system (not shown) so that a relative pressure difference between these areas can be determined using the pressure sensor. For example, the pressure sensor arrangement 1 Thus, as a differential pressure sensor arrangement in an exhaust system of a motor vehicle to be used to determine a gas pressure in the exhaust system at a position upstream of a particulate filter in relation to a gas pressure in the exhaust system at a position downstream of the particulate filter. From this information can be deduced a degree of contamination of the particulate filter.

4 zeigt einen Drucksensors 3, wie er herkömmlich in einer Drucksensoranordnung 1 eingesetzt werden kann. Der Drucksensor 3 ist an einer Platine 13 gehalten. Kontakte 15 sorgen für eine elektrische Kontaktierung. Der Drucksensor 3 ist ein mikromechanisches Bauelement 23, bei dem eine dünne Membran 25 dazu vorgesehen ist, sich bei Druckbeaufschlagung zu verbiegen. Die Verbiegung bewirkt eine Änderung von durch eine Auswertelektronik messbaren physikalischen Parametern, sodass die Auswertelektronik über die Kontakte 15 ein einen gemessenen Druck bzw. eine gemessene Druckdifferenz wiedergebendes Signal ausgeben kann. 4 shows a pressure sensor 3 as is conventional in a pressure sensor arrangement 1 can be used. The pressure sensor 3 is on a circuit board 13 held. contacts 15 provide electrical contact. The pressure sensor 3 is a micromechanical device 23 in which a thin membrane 25 is intended to bend when pressurized. The bending causes a change of physical parameters measurable by an evaluation electronics, so that the evaluation electronics via the contacts 15 a signal representing a measured pressure or a measured pressure difference can be output.

Im dargestellten Beispiel aus 4 ist der Drucksensor 3 als Differentialdrucksensor ausgebildet. Dabei wird über die zwei Gaseinlässe 7, 9 Gas in Volumina 26, 30 angrenzend an entgegengesetzte Seiten der die Detektionsfläche 11 bildenden Membran 25 eingeleitet. Ein erstes Volumen 26 befindet sich dabei oberhalb der Detektionsfläche 11 und ist von seitlichen Wänden 24 begrenzt. Ein zweites Volumen 30 befindet sich dabei unterhalb der Detektionsfläche 11 im Bereich einer kleinen Öffnung 29 in der Platine 13. Eine Differenz zwischen den in beiden Volumina 26, 30 herrschenden Drücken kann dann aufgrund einer Verbiegung der Membran 25 bestimmt werden. In the example shown 4 is the pressure sensor 3 designed as a differential pressure sensor. It is about the two gas inlets 7 . 9 Gas in volumes 26 . 30 adjacent to opposite sides of the detection surface 11 forming membrane 25 initiated. A first volume 26 is located above the detection area 11 and is from side walls 24 limited. A second volume 30 is located below the detection area 11 in the area of a small opening 29 in the board 13 , A difference between in both volumes 26 . 30 prevailing pressures can then due to a bending of the membrane 25 be determined.

Um bei dem in 4 gezeigten herkömmlichen Drucksensor 3 zu vermeiden, dass Flüssigkeiten in Kontakt mit dem mikromechanischen Bauelement 23 und insbesondere mit dessen empfindlicher Membran 25 kommen können und dort eventuell schädigend wirken können, sind Teilbereiche der Volumina 26, 30 angrenzend an die Detektionsfläche 11 jeweils mithilfe eines Gels 27, 31 geschützt. Dieses Gel 27, 31 weist eine ausreichende Flexibilität auf, um auf eine Oberfläche des Gels 27, 31 wirkende Gasdrücke an die Detektionsfläche 11 weiterzuleiten. Allerdings wurde die Gefahr erkannt, dass das Gel 27, 31 mit der Zeit aufgrund von Umwelteinflüssen verhärten kann und es dadurch zu negativen Beeinflussungen von Messungen durch den Drucksensor 3 kommen kann. Insbesondere kann es zu einer Signaldrift durch eine Verhärtung des Gels über die Sensorlebensdauer kommen, wobei der Einfluß der Verhärtung des Gels 31 auf Signaldrift höher sein kann. To be at the in 4 shown conventional pressure sensor 3 To avoid liquids in contact with the micromechanical device 23 and in particular with its sensitive membrane 25 can come and possibly have a damaging effect, are subareas of the volumes 26 . 30 adjacent to the detection area 11 each with the help of a gel 27 . 31 protected. This gel 27 . 31 has sufficient flexibility to impact a surface of the gel 27 . 31 acting gas pressures on the detection surface 11 forward. However, the danger was recognized that the gel 27 . 31 Over time, it may harden due to environmental influences, thereby negatively affecting measurements by the pressure sensor 3 can come. In particular, signal drift may occur due to hardening of the gel over the sensor life, the influence of the hardening of the gel 31 can be higher on signal drift.

Es wird daher vorgeschlagen, zumindest in einem Volumen 30 angrenzend an die Detektionsfläche 11 auf Gel zu verzichten. Insbesondere sollte im Bereich der kleinen Öffnung 29 in der Platine 13 auf Gel 31 verzichtet werden, da sich verhärtendes Gel 31 sich an Rändern der Öffnung 29 verhaken kann und eine Druckübertragung hin zu der Detektionsfläche 11 somit gestört würde. It is therefore proposed, at least in one volume 30 adjacent to the detection area 11 to dispense with gel. In particular, should be in the area of the small opening 29 in the board 13 on gel 31 be waived as hardening gel 31 on edges of the opening 29 can hook and a pressure transfer to the detection surface 11 would be disturbed.

Um zu verhindern, dass Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, über einen der Gaseinlässe 7, 9 in den Innenraum 19 des Gehäuses 5 und dort insbesondere in die Volumina 26, 30 angrenzend an die Detektionsfläche 11 gelangen, wird ein geeignetes Druckausgleichselement 33 vorgesehen, welches mittels einer semipermeablen Membran 37, 39 zwar Gase passieren lässt, für Flüssigkeiten jedoch eine Barriere darstellt. To prevent liquids, especially water, through one of the gas inlets 7 . 9 in the interior 19 of the housing 5 and there especially in the volumes 26 . 30 adjacent to the detection area 11 get, is a suitable pressure compensation element 33 provided, which by means of a semipermeable membrane 37 . 39 Although it allows gases to pass, it is a barrier to liquids.

Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist an dem Gaseinlass 9 ein Druckausgleichselement 33 vorgesehen. Das Druckausgleichselement 33 ist in den 5(a), (b) in einer Seitenansicht und einer Draufsicht dargestellt. Das Druckausgleichselement 33 weist eine Hülse 35 auf. Die Hülse 35 kann beispielsweise aus einem Elastomer oder Kunststoff bestehen und an ihrer Außenseite Rippen 36 aufweisen. Die Hülse 35 kann in den Stutzen des Gaseinlasses 9 eingepresst werden, wobei die Rippen 36 eine dichtende Funktion übernehmen können. Alternativ kann die Hülse 35 in den Stutzen dicht eingeklebt werden oder mit diesem verschweißt werden. An der Hülse 35 ist eine semipermeable Membran 37 vorgesehen, welche einen von der Hülse 35 umgebenen Kanal vollständig überspannt. Das Druckausgleichselement 33 kann als fertiges Bauelement vormontiert werden und dann an dem Gaseinlass 9 befestigt werden. At the in 5 illustrated embodiment of the invention is at the gas inlet 9 a pressure compensation element 33 intended. The pressure compensation element 33 is in the 5 (a) , (b) shown in a side view and a plan view. The pressure compensation element 33 has a sleeve 35 on. The sleeve 35 may for example consist of an elastomer or plastic and ribs on its outer side 36 exhibit. The sleeve 35 can in the neck of the gas inlet 9 be pressed, with the ribs 36 can take on a sealing function. Alternatively, the sleeve 35 be glued into the nozzle tight or welded with this. On the sleeve 35 is a semipermeable membrane 37 provided, which one of the sleeve 35 Surrounded channel completely spanned. The pressure compensation element 33 can be pre-assembled as a finished component and then at the gas inlet 9 be attached.

Bei der in 6 dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das mikromechanische Bauelement 23 des Drucksensors 3 an der Platine 13 oberhalb der Durchgangsöffnung 29 befestigt. An einer dem Bauelement 23 entgegengesetzten Seite der Platine 13 ist ein Druckausgleichselement 33 in Form einer semipermeablen Membran 39 vorgesehen, welches die Durchgangsöffnung 29 komplett überspannt. Die semipermeable Membran 39 kann entweder direkt an der Platine 13 befestigt sein, etwa durch eine Verklebung, oder beispielsweise mithilfe eines die Membran 39 umgebenden Rahmens an der Platine 13 befestigt sein. Gas, welches durch den zweiten Gaseinlass 9 eintritt, kann durch die semipermeable Membran 39 hindurch in das Volumen 30 angrenzend an die Detektionsfläche 11 eindringen. Flüssigkeiten werden jedoch durch das Druckausgleichselement 33 zurückgehalten und können somit nicht in das Volumen 30 eindringen und dort schädigend wirken. At the in 6 illustrated alternative embodiment of the invention is the micromechanical device 23 of the pressure sensor 3 on the board 13 above the passage opening 29 attached. At a the component 23 opposite side of the board 13 is a pressure compensation element 33 in the form of a semipermeable membrane 39 provided, which the passage opening 29 completely overstretched. The semipermeable membrane 39 can either be directly on the board 13 be attached, such as by gluing, or for example by using the membrane 39 surrounding frame on the board 13 be attached. Gas passing through the second gas inlet 9 enters, through the semipermeable membrane 39 through into the volume 30 adjacent to the detection area 11 penetration. Liquids are, however, through the pressure compensation element 33 withheld and therefore can not enter the volume 30 penetrate and have a harmful effect there.

Insgesamt können bei Ausführungsformen der Erfindung durch das vorgesehene Druckausgleichselement 33 Kontaminationen des Drucksensors 3 beispielsweise durch Abgase insbesondere an einer Rückseite einer Membran 25 des Drucksensors 3 vermieden und dadurch eine höhere und langfristig zuverlässigere Messgenauigkeit erreicht werden. Außerdem kann auf eine aufwändige Vergelung verzichtet werden und somit Herstellungskosten eingespart werden. Overall, in embodiments of the invention by the proposed pressure compensation element 33 Contaminations of the pressure sensor 3 for example, by exhaust gases, in particular on a rear side of a membrane 25 of the pressure sensor 3 avoided and thus a higher and more reliable long-term accuracy can be achieved. In addition, can be dispensed with a costly gelling and thus manufacturing costs can be saved.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. It should also be appreciated that features or steps described with reference to any of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6155119 [0005]
EP 1521952 B1 [0005]

Claims

Pressure sensor arrangement ( 1 ) comprising: a pressure sensor ( 3 ) with a detection surface ( 11 ) for detecting pressure changes; a pressure sensor ( 3 ) surrounding housing ( 5 ); the housing ( 5 ) at least one gas inlet ( 9 ) having a volume ( 30 ) adjacent to the detection surface ( 11 ) is connected by gas permeable; characterized in that at the gas inlet ( 9 ), the housing ( 5 ) and / or the pressure sensor ( 3 ) a pressure compensation element ( 33 ) with a semipermeable membrane ( 37 ; 39 ) is arranged such that a gas exchange between the gas inlet ( 9 ) and the volume ( 30 ) adjacent to the detection surface ( 11 ) exclusively by the semipermeable membrane ( 37 ; 39 ) takes place.

Pressure sensor arrangement according to claim 1, wherein the pressure compensation element ( 33 ) at the gas inlet ( 9 ) is arranged such that the semipermeable membrane ( 37 ) a cross section of the gas inlet ( 9 ) spans.

Pressure sensor arrangement according to claim 2, wherein the pressure compensation element ( 33 ) a sleeve ( 35 ) whose cross-section with the semipermeable membrane ( 37 ), wherein the sleeve ( 35 ) gas-tight at the gas inlet ( 9 ) is arranged.

Pressure sensor arrangement according to claim 2 or 3, wherein the pressure compensation element ( 33 ) in the gas inlet ( 9 ) is pressed in, glued and / or welded.

Pressure sensor arrangement according to claim 1, wherein the pressure sensor ( 3 ) on a board ( 13 ), which has a passage opening ( 29 ), wherein the detection surface ( 11 ) in gas-permeable connection with the passage opening ( 29 ), and wherein the pressure compensation element ( 33 ) at a pressure sensor ( 3 ) opposite side of the board ( 13 ) is arranged and the passage opening ( 29 ) covered.

Pressure sensor arrangement according to one of claims 1 to 5, wherein the semipermeable membrane ( 37 ; 39 ) has no through openings with a diameter of more than 10 .mu.m.

Pressure sensor arrangement according to one of claims 1 to 6, wherein the semipermeable membrane ( 37 ; 39 ) is hydrophobic.

Pressure sensor arrangement according to one of claims 1 to 7, wherein in the volume ( 30 ) adjacent to the detection surface ( 11 ) no gel ( 31 ) is recorded.

Pressure sensor arrangement according to one of claims 1 to 8, wherein the pressure sensor arrangement ( 1 ) is designed as a differential pressure sensor arrangement, wherein the housing ( 5 ) two gas inlets ( 7 . 9 ), wherein a first gas inlet ( 7 ) with a first volume ( 26 ) adjacent to the detection surface ( 11 ) is gas permeable and wherein a second gas inlet ( 9 ) with a second volume ( 30 ) adjacent to the detection surface ( 11 ) at one of the first volumes ( 26 ) opposite side of the detection surface ( 11 ) is connected by gas permeable; the pressure compensation element ( 33 ) at the second gas inlet ( 9 ), the housing ( 5 ) and / or the pressure sensor ( 3 ) is arranged such that a gas exchange between the second gas inlet ( 9 ) and the second volume ( 30 ) adjacent to the detection surface ( 11 ) exclusively by the semipermeable membrane ( 39 ) takes place.

Diesel particulate filter with a pressure sensor arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 9.