專利名稱：壓力測(cè)量裝置和用于壓力值求取的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力測(cè)量裝置以及一種用于壓力值求取的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中已知了一些壓力測(cè)量裝置，尤其是那些包括微機(jī)械壓力傳感器元件的壓力測(cè)量裝置。如今，這些壓力測(cè)量裝置固定地應(yīng)用在汽車技術(shù)中并且在那里用于各種的任務(wù)。典型的應(yīng)用例如是檢測(cè)進(jìn)氣管壓力和增壓壓力，以優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)控制。除多年來已經(jīng)通過模擬電路技術(shù)可供使用的傳感器外，最近在市場(chǎng)上也越來越多地出現(xiàn)微機(jī)械的壓力測(cè)量裝置，這些壓力測(cè)量裝置是通過數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。在此，信號(hào)處理的任務(wù)基本上是相同的。在后連接的分析處理電子裝置的主要任務(wù)是消除微機(jī)械傳感器元件的溫度相關(guān)性(TemperaturabhSngigkeit)。尤其是在使用壓阻式壓力傳感器元件時(shí)，由于壓阻轉(zhuǎn)換常數(shù)(Wandlimgskonstante)的強(qiáng)烈的溫度相關(guān)性，這種消除非常重要， 以便可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)溫度范圍上的高測(cè)量精確度。在模擬的壓力測(cè)量裝置中，通過使用與溫度相關(guān)的供電電壓來實(shí)現(xiàn)溫度相關(guān)性的補(bǔ)償，所述供電電壓表現(xiàn)為與壓阻轉(zhuǎn)換常數(shù)的溫度相關(guān)性互逆(reziprok)。在數(shù)字的壓力測(cè)量裝置中，以恒定電壓向壓阻式電橋供電，借助于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)輸出電壓進(jìn)行數(shù)字化并且隨后通過具有高精度的數(shù)字信號(hào)處理來修正信號(hào)的溫度相關(guān)性。兩種所述方法具有由原理決定的缺點(diǎn)互逆的、與溫度相關(guān)的電橋供電電壓的模擬(Nachbildimg)在模擬電路技術(shù)中僅僅能以有限的精確度實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闉榇诵枰哂蟹蔷€性特性的組件，這些組件是不可容易地針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)節(jié)的。此外，經(jīng)調(diào)節(jié)的變化過程可能由于這些組件的漂移而在時(shí)間上改變， 從而應(yīng)當(dāng)考慮精確度在壓力測(cè)量裝置的使用壽命期間的惡化。數(shù)字的校正方法不具有這些缺點(diǎn)，因?yàn)榭梢酝ㄟ^具有高精度的數(shù)字信號(hào)處理并且由此在組件的使用壽命期間恒定地調(diào)節(jié)校正。但是，在這種方法中要忍受壓力傳感器元件在溫度上的高輸出電壓范圍，在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍中必須考慮所述輸出電壓范圍。因此，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換的可實(shí)現(xiàn)的精確度由此降低。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有壓力傳感器元件和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的壓力測(cè)量裝置。壓力傳感器元件的輸出信號(hào)電壓是與溫度相關(guān)的并且可作為輸入電壓施加在模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端上。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)用于將隨溫度變化的輸入電壓范圍中的每個(gè)輸入電壓轉(zhuǎn)換成表示所述輸入電壓的數(shù)字值。由此實(shí)現(xiàn)可數(shù)字地映射輸入電壓值的不同范圍，這些范圍的寬度具有強(qiáng)烈的溫度相關(guān)性。在由于數(shù)字化處理而不可避免的量化誤差的條件下將輸入電壓范圍中的各個(gè)值轉(zhuǎn)換成分別相應(yīng)的數(shù)字值。也可以通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的合適設(shè)計(jì)來考慮與溫度相關(guān)的偏移分散或電荷分散(Offset-oderChargenstreuung)對(duì)置于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器前的輸入電壓范圍的影響。這通常通過如下方式實(shí)現(xiàn)可以使模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入電壓分辨率如此與溫度相關(guān)地變化，使得壓力傳感器元件的輸出信號(hào)電壓的溫度相關(guān)性被部分地或者完全地補(bǔ)償。在此，輸入電壓分辨率應(yīng)當(dāng)理解為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的量化等級(jí)的寬度，即輸入電壓信號(hào)的通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的同一個(gè)輸出信號(hào)來表示的那個(gè)范圍的寬度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式提出，在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器上可施加與溫度相關(guān)的參考電壓。壓力傳感器元件可以是壓阻式壓力傳感器元件并且可以包括壓阻式電橋。優(yōu)選地，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的參考電壓可與壓力傳感器元件的壓阻轉(zhuǎn)換常數(shù)互逆地變化。壓阻轉(zhuǎn)換常數(shù)表示針對(duì)在壓力傳感器元件上施加的壓力的單位(pro)增大壓力傳感器元件的輸出信號(hào)電壓的增大并且是強(qiáng)烈與溫度相關(guān)的。通過參考電壓的這種選擇，實(shí)現(xiàn)了模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的量化等級(jí)的寬度與溫度無關(guān)地對(duì)應(yīng)于確定的壓力差，從而在零點(diǎn)調(diào)準(zhǔn)后在不同溫度時(shí)通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端上的同一個(gè)數(shù)字值表示相同的壓力。此外優(yōu)選地，設(shè)有計(jì)算單元，所述計(jì)算單元被設(shè)計(jì)用于基于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出信號(hào)和溫度值來計(jì)算與溫度的影響在很大程度上無關(guān)的壓力值。本發(fā)明的另一方面涉及一種用于壓力值求取的方法。將壓力傳感器元件的、尤其是壓阻式壓力傳感器元件的與溫度相關(guān)的輸出信號(hào)電壓作為輸入電壓施加在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端上。在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端上輸出數(shù)字值。在此，根據(jù)溫度如此匹配模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，使得隨溫度變化的輸入電壓范圍中的每個(gè)輸入電壓可以被轉(zhuǎn)變成表示所述輸入電壓的數(shù)字值。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，使模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入電壓分辨率如此與溫度相關(guān)地變化，使得壓力傳感器元件的輸出信號(hào)電壓的溫度相關(guān)性被部分地或完全地補(bǔ)償。在此，可以使模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的參考電壓根據(jù)溫度變化。在此，通常使模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的參考電壓與壓力傳感器元件的壓阻轉(zhuǎn)換常數(shù)互逆地變化。


根據(jù)附圖和以下描述來進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施例。附圖示出圖1 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓力測(cè)量值檢測(cè)(模擬)，圖2 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓力測(cè)量值檢測(cè)(數(shù)字)，圖3 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的壓力測(cè)量值檢測(cè)，以及圖4 隨溫度變化的輸入電壓范圍的數(shù)字表示的示意圖，所述數(shù)字表示通過根據(jù)本發(fā)明的壓力測(cè)量值檢測(cè)實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式圖1示出模擬電路中根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓力測(cè)量值檢測(cè)。總體上以100表示的壓力測(cè)量裝置包括(根據(jù)惠斯頓的)測(cè)量電橋形式的壓阻式壓力傳感器元件10。測(cè)量電橋10 由四個(gè)壓阻式電阻元件組成，這些壓阻式電阻元件根據(jù)對(duì)其施加的壓力來非均勻地改變其電阻。在測(cè)量電橋10的中間截取電橋電壓Ute作為輸出電壓信號(hào)，所述輸出電壓信號(hào)取決于電阻元件的機(jī)械變形以及溫度。通過電橋供電電壓Ubv向測(cè)量電橋10供電，所述電橋供電電壓Ubv是供電電壓仏與電橋底點(diǎn)電壓(Briickenfu β punktspannung) Ubfp之間的差，所述電橋底點(diǎn)電壓由電壓源18供給。與溫度相關(guān)地調(diào)節(jié)所述電橋底點(diǎn)電壓Ubfp并且所述電橋底點(diǎn)電壓Ubfp用于產(chǎn)生壓力傳感器元件10的盡可能線性的、與溫度無關(guān)的輸出信號(hào)UBr。通過模擬電路技術(shù)(尤其是對(duì)于非線性的參數(shù)而言)僅僅以不令人滿意的精確度實(shí)現(xiàn)合適的電橋底點(diǎn)電壓 FP的提供，此外由于在此使用的模擬組件在壓力傳感器元件10 的使用壽命期間的漂移使合適的電橋底點(diǎn)電壓Ubfp的提供變得困難。圖2示出數(shù)字電路中根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓力測(cè)量值檢測(cè)。在此，以恒定的供電電壓Us 向測(cè)量電橋10供電。在以恒定的參考電壓Ultef供電的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的輸入端14上施加輸出電壓信號(hào)Ute。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的數(shù)字輸出信號(hào)16傳輸給未示出的計(jì)算單元， 所述計(jì)算單元消除輸出信號(hào)16的溫度相關(guān)性并且計(jì)算與溫度效應(yīng)在很大程度上無關(guān)的壓力值。在此有問題的是，強(qiáng)烈地根據(jù)溫度變化的輸入電壓范圍中的電壓值施加在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的輸入端14上，并且因此導(dǎo)致模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的前置的(vorgehalten) 輸入電壓范圍與直接使用的輸入電壓范圍的不利關(guān)系。因此，在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的給定輸出位寬的情況下，導(dǎo)致模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的輸入電壓分辨率的實(shí)際惡化。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓力測(cè)量裝置。所述壓力測(cè)量裝置與在圖 2中示出的電路是相同的，然而與在圖2中示出的電路不同的是，根據(jù)本發(fā)明提出施加在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12上的參考電壓Usef不是恒定的，而是作為溫度的函數(shù)變化。也可以是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的一部分(未示出)的電路組件18產(chǎn)生與溫度相關(guān)的參考電壓UKrf， 所述參考電壓UKrf能夠映射整個(gè)針對(duì)給定溫度考慮的輸入電壓范圍，所述輸入電壓范圍定義施加在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的輸入端14上的單個(gè)電壓的可能的值范圍。這通過如下方式實(shí)現(xiàn)與壓力傳感器元件10的壓阻轉(zhuǎn)換常數(shù)互逆地調(diào)節(jié)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的參考電壓Usef0由此與溫度有關(guān)地匹配模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的各個(gè)比較器閾值。在電路組件18中借助于數(shù)字信號(hào)處理來產(chǎn)生模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的參考電壓URef， 從而能夠在溫度上以高精度并且在時(shí)間上不變地調(diào)節(jié)參考電壓Usef的變化過程。通過直接在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12上校正壓阻的溫度相關(guān)性，可以顯著地降低與溫度相關(guān)的輸出電壓幅度(Ausgangssparmugshub)的影響，從而得到經(jīng)匹配的輸入電壓分辨率，所述輸入電壓分辨率使壓力測(cè)量裝置100的精確度得以改善。圖4示意性地示出如何在根據(jù)本發(fā)明的壓力測(cè)量值檢測(cè)中數(shù)字地表示隨溫度變化的輸入電壓范圍。在此，為了說明本發(fā)明而使用的值范圍僅僅是示例性的。在第一溫度 T1 (圖4a)時(shí)，施加在壓力傳感器元件上的大于最小壓力Pmin并且小于最大壓力Pmax的壓力產(chǎn)生0與8之間(無量綱)的電壓值范圍內(nèi)的輸出電壓信號(hào)Ute。所述電壓值范圍同時(shí)是置于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的輸入端14前的輸入電壓范圍。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12被設(shè)計(jì)用于在由于數(shù)字化處理而不可避免的量化誤差的條件下將所述輸入電壓范圍中的每個(gè)輸入電壓轉(zhuǎn)換成表示所述輸入電壓的數(shù)字值。在第一溫度T1時(shí)，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的輸入電壓分辨率、即輸入電壓信號(hào)的通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的同一輸出信號(hào)表示的那個(gè)范圍的寬度等于1。在第二溫度T2(圖4b)時(shí)，相同壓力值范圍中的施加在壓力傳感器元件上的(大于最小壓力Pmin并且小于最大壓力Pmax的)壓力產(chǎn)生1與5之間的電壓值范圍內(nèi)的輸出電壓信號(hào)Ufc，其中，被改變的電壓值范圍可以歸因于偏移的和壓阻轉(zhuǎn)換常數(shù)的與溫度相關(guān)的變化。與溫度相關(guān)地如此匹配模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12，使得新的輸入電壓范圍中的每個(gè)輸入電壓被轉(zhuǎn)換成表示所述輸入電壓的數(shù)字值。在第二溫度T2時(shí)，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的輸入電壓分辨率等于0.5。 如果在第一溫度T1過渡到第二溫度T2時(shí)不進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12的匹配，則輸入電壓分辨率保持不變，這會(huì)在壓力測(cè)量時(shí)導(dǎo)致實(shí)際的分辨率損失。
權(quán)利要求
1.壓力測(cè)量裝置(100)，所述壓力測(cè)量裝置具有壓力傳感器元件(10)和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(12)，其中，所述壓力傳感器元件(10)的輸出信號(hào)電壓(UJ具有溫度相關(guān)性并且可作為輸入電壓施加在所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(1 的輸入端(14)上，其特征在于，所述模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器(1 被設(shè)計(jì)用于將隨溫度變化的輸入電壓范圍中的每個(gè)輸入電壓轉(zhuǎn)換成表示所述輸入電壓的數(shù)字值(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力測(cè)量裝置(100)，其中，所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(12)的輸入電壓分辨率可如此與溫度相關(guān)地變化，使得所述壓力傳感器元件(10)的輸出信號(hào)電壓(UJ的溫度相關(guān)性被部分地或完全地補(bǔ)償。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力測(cè)量裝置(100)，其中，在所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (12)上可施加與溫度相關(guān)的參考電壓(UKrf)。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓力測(cè)量裝置(100)，其中，所述壓力傳感器元件(10)是壓阻式壓力傳感器元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力測(cè)量裝置(100)，其中，所述壓力傳感器元件(10)包括壓阻式電橋。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5和3所述的壓力測(cè)量裝置(100)，其中，所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (12)的參考電壓(Ultef)可與壓阻轉(zhuǎn)換常數(shù)互逆地變化。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓力測(cè)量裝置(100)，其中，設(shè)有計(jì)算單元，所述計(jì)算單元被設(shè)計(jì)用于基于所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(1 的數(shù)字輸出信號(hào)(16)和溫度值來計(jì)算與溫度的影響在很大程度上無關(guān)的壓力值。
8.用于壓力值求取的方法，其中，作為輸入電壓在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(1 的輸入端 (14)上施加壓力傳感器元件(10)的、尤其是壓阻式壓力傳感器元件的與溫度相關(guān)的輸出信號(hào)電壓(UJ，并且在所述模擬/數(shù)字傳感器(1 的輸出端上輸出數(shù)字值(16)，其特征在于，根據(jù)溫度如此匹配所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(12)，使得可以將隨溫度變化的輸入電壓范圍中的每個(gè)輸入電壓轉(zhuǎn)換成表示所述輸入電壓的數(shù)字值(16)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，使所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(1 的輸入電壓分辨率如此與溫度相關(guān)地變化，使得所述壓力傳感器(10)的輸出信號(hào)電壓(UJ的溫度相關(guān)性被部分地或完全地補(bǔ)償。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，使所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(1 的參考電壓 (uEef)根據(jù)溫度變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，使所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(1 的參考電壓 (UEef)與壓阻轉(zhuǎn)換常數(shù)互逆地變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有壓力傳感器元件(10)和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(12)的壓力測(cè)量裝置(100)。所述壓力傳感器元件(10)的輸出信號(hào)電壓(UBr)取決于溫度并且作為輸入電壓施加在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(12)的輸入端(14)上。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(12)被設(shè)計(jì)用于將隨溫度變化的輸入電壓范圍中的每個(gè)輸入電壓轉(zhuǎn)換成表示所述輸入電壓的數(shù)字值(16)。此外，本發(fā)明還涉及一種用于壓力值求取的方法，所述方法可以通過根據(jù)本發(fā)明的壓力測(cè)量裝置(100)執(zhí)行。
文檔編號(hào)G01L9/06GK102374917SQ20111018603
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者M·盧瓦德羅, P·萊皮迪斯 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司