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专利名称：压力测量装置和用于压力值求取的方法
技术领域：
本发明涉及一种压力测量装置以及一种用于压力值求取的方法。
背景技术：
在现有技术中已知了一些压力测量装置，尤其是那些包括微机械压力传感器元件的压力测量装置。如今，这些压力测量装置固定地应用在汽车技术中并且在那里用于各种的任务。典型的应用例如是检测进气管压力和增压压力，以优化发动机控制。除多年来已经通过模拟电路技术可供使用的传感器外，最近在市场上也越来越多地出现微机械的压力测量装置，这些压力测量装置是通过数字电路技术实现的。在此，信号处理的任务基本上是相同的。在后连接的分析处理电子装置的主要任务是消除微机械传感器元件的温度相关性(TemperaturabhSngigkeit)。尤其是在使用压阻式压力传感器元件时，由于压阻转换常数(Wandlimgskonstante)的强烈的温度相关性，这种消除非常重要， 以便可以实现整个温度范围上的高测量精确度。在模拟的压力测量装置中，通过使用与温度相关的供电电压来实现温度相关性的补偿，所述供电电压表现为与压阻转换常数的温度相关性互逆(reziprok)。在数字的压力测量装置中，以恒定电压向压阻式电桥供电，借助于模拟/数字转换器对输出电压进行数字化并且随后通过具有高精度的数字信号处理来修正信号的温度相关性。两种所述方法具有由原理决定的缺点互逆的、与温度相关的电桥供电电压的模拟(Nachbildimg)在模拟电路技术中仅仅能以有限的精确度实现，因为为此需要具有非线性特性的组件，这些组件是不可容易地针对性地进行调节的。此外，经调节的变化过程可能由于这些组件的漂移而在时间上改变， 从而应当考虑精确度在压力测量装置的使用寿命期间的恶化。数字的校正方法不具有这些缺点，因为可以通过具有高精度的数字信号处理并且由此在组件的使用寿命期间恒定地调节校正。但是，在这种方法中要忍受压力传感器元件在温度上的高输出电压范围，在模拟/数字转换器的输入电压范围中必须考虑所述输出电压范围。因此，模拟/数字转换的可实现的精确度由此降低。

发明内容
根据本发明，提供一种具有压力传感器元件和模拟/数字转换器的压力测量装置。压力传感器元件的输出信号电压是与温度相关的并且可作为输入电压施加在模拟/ 数字转换器的输入端上。模拟/数字转换器被设计用于将随温度变化的输入电压范围中的每个输入电压转换成表示所述输入电压的数字值。由此实现可数字地映射输入电压值的不同范围，这些范围的宽度具有强烈的温度相关性。在由于数字化处理而不可避免的量化误差的条件下将输入电压范围中的各个值转换成分别相应的数字值。也可以通过模拟/数字转换器的合适设计来考虑与温度相关的偏移分散或电荷分散(Offset-oderChargenstreuung)对置于模拟/数字转换器前的输入电压范围的影响。这通常通过如下方式实现可以使模拟/数字转换器的输入电压分辨率如此与温度相关地变化，使得压力传感器元件的输出信号电压的温度相关性被部分地或者完全地补偿。在此，输入电压分辨率应当理解为模拟/数字转换器的量化等级的宽度，即输入电压信号的通过模拟/数字转换器的同一个输出信号来表示的那个范围的宽度。根据本发明的一个优选的实施方式提出，在模拟/数字转换器上可施加与温度相关的参考电压。压力传感器元件可以是压阻式压力传感器元件并且可以包括压阻式电桥。优选地，模拟/数字转换器的参考电压可与压力传感器元件的压阻转换常数互逆地变化。压阻转换常数表示针对在压力传感器元件上施加的压力的单位(pro)增大压力传感器元件的输出信号电压的增大并且是强烈与温度相关的。通过参考电压的这种选择，实现了模拟/数字转换器的量化等级的宽度与温度无关地对应于确定的压力差，从而在零点调准后在不同温度时通过模拟/数字转换器的输出端上的同一个数字值表示相同的压力。此外优选地，设有计算单元，所述计算单元被设计用于基于模拟/数字转换器的数字输出信号和温度值来计算与温度的影响在很大程度上无关的压力值。本发明的另一方面涉及一种用于压力值求取的方法。将压力传感器元件的、尤其是压阻式压力传感器元件的与温度相关的输出信号电压作为输入电压施加在模拟/数字转换器的输入端上。在模拟/数字转换器的输出端上输出数字值。在此，根据温度如此匹配模拟/数字转换器，使得随温度变化的输入电压范围中的每个输入电压可以被转变成表示所述输入电压的数字值。在本发明的一个优选的实施方式中，使模拟/数字转换器的输入电压分辨率如此与温度相关地变化，使得压力传感器元件的输出信号电压的温度相关性被部分地或完全地补偿。在此，可以使模拟/数字转换器的参考电压根据温度变化。在此，通常使模拟/数字转换器的参考电压与压力传感器元件的压阻转换常数互逆地变化。


根据附图和以下描述来进一步说明本发明的实施例。附图示出图1 根据现有技术的压力测量值检测(模拟)，图2 根据现有技术的压力测量值检测(数字)，图3 根据一个实施例的压力测量值检测，以及图4 随温度变化的输入电压范围的数字表示的示意图，所述数字表示通过根据本发明的压力测量值检测实现。
具体实施例方式图1示出模拟电路中根据现有技术的压力测量值检测。总体上以100表示的压力测量装置包括(根据惠斯顿的)测量电桥形式的压阻式压力传感器元件10。测量电桥10 由四个压阻式电阻元件组成，这些压阻式电阻元件根据对其施加的压力来非均勻地改变其电阻。在测量电桥10的中间截取电桥电压Ute作为输出电压信号，所述输出电压信号取决于电阻元件的机械变形以及温度。通过电桥供电电压Ubv向测量电桥10供电，所述电桥供电电压Ubv是供电电压仏与电桥底点电压(Briickenfu β punktspannung) Ubfp之间的差，所述电桥底点电压由电压源18供给。与温度相关地调节所述电桥底点电压Ubfp并且所述电桥底点电压Ubfp用于产生压力传感器元件10的尽可能线性的、与温度无关的输出信号UBr。通过模拟电路技术(尤其是对于非线性的参数而言)仅仅以不令人满意的精确度实现合适的电桥底点电压 FP的提供，此外由于在此使用的模拟组件在压力传感器元件10 的使用寿命期间的漂移使合适的电桥底点电压Ubfp的提供变得困难。图2示出数字电路中根据现有技术的压力测量值检测。在此，以恒定的供电电压Us 向测量电桥10供电。在以恒定的参考电压Ultef供电的模拟/数字转换器12的输入端14上施加输出电压信号Ute。模拟/数字转换器12的数字输出信号16传输给未示出的计算单元， 所述计算单元消除输出信号16的温度相关性并且计算与温度效应在很大程度上无关的压力值。在此有问题的是，强烈地根据温度变化的输入电压范围中的电压值施加在模拟/数字转换器12的输入端14上，并且因此导致模拟/数字转换器12的前置的(vorgehalten) 输入电压范围与直接使用的输入电压范围的不利关系。因此，在模拟/数字转换器12的给定输出位宽的情况下，导致模拟/数字转换器12的输入电压分辨率的实际恶化。图3示出根据本发明的一个实施方式的压力测量装置。所述压力测量装置与在图 2中示出的电路是相同的，然而与在图2中示出的电路不同的是，根据本发明提出施加在模拟/数字转换器12上的参考电压Usef不是恒定的，而是作为温度的函数变化。也可以是模拟/数字转换器12的一部分(未示出)的电路组件18产生与温度相关的参考电压UKrf， 所述参考电压UKrf能够映射整个针对给定温度考虑的输入电压范围，所述输入电压范围定义施加在模拟/数字转换器12的输入端14上的单个电压的可能的值范围。这通过如下方式实现与压力传感器元件10的压阻转换常数互逆地调节模拟/数字转换器12的参考电压Usef0由此与温度有关地匹配模拟/数字转换器12的各个比较器阈值。在电路组件18中借助于数字信号处理来产生模拟/数字转换器12的参考电压URef， 从而能够在温度上以高精度并且在时间上不变地调节参考电压Usef的变化过程。通过直接在模拟/数字转换器12上校正压阻的温度相关性，可以显著地降低与温度相关的输出电压幅度(Ausgangssparmugshub)的影响，从而得到经匹配的输入电压分辨率，所述输入电压分辨率使压力测量装置100的精确度得以改善。图4示意性地示出如何在根据本发明的压力测量值检测中数字地表示随温度变化的输入电压范围。在此，为了说明本发明而使用的值范围仅仅是示例性的。在第一温度 T1 (图4a)时，施加在压力传感器元件上的大于最小压力Pmin并且小于最大压力Pmax的压力产生0与8之间(无量纲)的电压值范围内的输出电压信号Ute。所述电压值范围同时是置于模拟/数字转换器12的输入端14前的输入电压范围。模拟/数字转换器12被设计用于在由于数字化处理而不可避免的量化误差的条件下将所述输入电压范围中的每个输入电压转换成表示所述输入电压的数字值。在第一温度T1时，模拟/数字转换器12的输入电压分辨率、即输入电压信号的通过模拟/数字转换器12的同一输出信号表示的那个范围的宽度等于1。在第二温度T2(图4b)时，相同压力值范围中的施加在压力传感器元件上的(大于最小压力Pmin并且小于最大压力Pmax的)压力产生1与5之间的电压值范围内的输出电压信号Ufc，其中，被改变的电压值范围可以归因于偏移的和压阻转换常数的与温度相关的变化。与温度相关地如此匹配模拟/数字转换器12，使得新的输入电压范围中的每个输入电压被转换成表示所述输入电压的数字值。在第二温度T2时，模拟/数字转换器12的输入电压分辨率等于0.5。 如果在第一温度T1过渡到第二温度T2时不进行模拟/数字转换器12的匹配，则输入电压分辨率保持不变，这会在压力测量时导致实际的分辨率损失。
权利要求
1.压力测量装置(100)，所述压力测量装置具有压力传感器元件(10)和模拟/数字转换器(12)，其中，所述压力传感器元件(10)的输出信号电压(UJ具有温度相关性并且可作为输入电压施加在所述模拟/数字转换器(1 的输入端(14)上，其特征在于，所述模拟/ 数字转换器(1 被设计用于将随温度变化的输入电压范围中的每个输入电压转换成表示所述输入电压的数字值(16)。
2.根据权利要求1所述的压力测量装置(100)，其中，所述模拟/数字转换器(12)的输入电压分辨率可如此与温度相关地变化，使得所述压力传感器元件(10)的输出信号电压(UJ的温度相关性被部分地或完全地补偿。
3.根据权利要求1或2所述的压力测量装置(100)，其中，在所述模拟/数字转换器 (12)上可施加与温度相关的参考电压(UKrf)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的压力测量装置(100)，其中，所述压力传感器元件(10)是压阻式压力传感器元件。
5.根据权利要求4所述的压力测量装置(100)，其中，所述压力传感器元件(10)包括压阻式电桥。
6.根据权利要求4或5和3所述的压力测量装置(100)，其中，所述模拟/数字转换器 (12)的参考电压(Ultef)可与压阻转换常数互逆地变化。
7.根据以上权利要求中任一项所述的压力测量装置(100)，其中，设有计算单元，所述计算单元被设计用于基于所述模拟/数字转换器(1 的数字输出信号(16)和温度值来计算与温度的影响在很大程度上无关的压力值。
8.用于压力值求取的方法，其中，作为输入电压在模拟/数字转换器(1 的输入端 (14)上施加压力传感器元件(10)的、尤其是压阻式压力传感器元件的与温度相关的输出信号电压(UJ，并且在所述模拟/数字传感器(1 的输出端上输出数字值(16)，其特征在于，根据温度如此匹配所述模拟/数字转换器(12)，使得可以将随温度变化的输入电压范围中的每个输入电压转换成表示所述输入电压的数字值(16)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，使所述模拟/数字转换器(1 的输入电压分辨率如此与温度相关地变化，使得所述压力传感器(10)的输出信号电压(UJ的温度相关性被部分地或完全地补偿。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，使所述模拟/数字转换器(1 的参考电压 (uEef)根据温度变化。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，使所述模拟/数字转换器(1 的参考电压 (UEef)与压阻转换常数互逆地变化。
全文摘要
本发明涉及一种具有压力传感器元件(10)和模拟/数字转换器(12)的压力测量装置(100)。所述压力传感器元件(10)的输出信号电压(UBr)取决于温度并且作为输入电压施加在模拟/数字转换器(12)的输入端(14)上。模拟/数字转换器(12)被设计用于将随温度变化的输入电压范围中的每个输入电压转换成表示所述输入电压的数字值(16)。此外，本发明还涉及一种用于压力值求取的方法，所述方法可以通过根据本发明的压力测量装置(100)执行。
文档编号G01L9/06GK102374917SQ20111018603
公开日2012年3月14日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年7月2日
发明者M·卢瓦德罗, P·莱皮迪斯 申请人:罗伯特·博世有限公司