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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag November 24, 2016

Transiente Kalibrierung der Temperaturabhängigkeit resistiver Hochdrucksensoren in Großserie

Transient calibration of resistive high pressure sensors in series production
Tilman Stark

Tilman Stark has studied automotive engineering at the Technischen Universität Ilmenau and is process development engineer at Robert Bosch Fahrzeugelektrik Eisenach GmbH since 2013. His field of work is developing and optimizing electrical testing and calibration processes.

Robert Bosch Fahrzeugelektrik Eisenach GmbH, Center of Competence Manufacturing – Testing Technology, Postfach 10 13 47, 99803 Eisenach/Thüringen, Tel.: +49 3691 64 3048, Fax: +49 3691 64 3098

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and Eberhard Manske

Head of the Department of Precision Measurement at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau and Spokesperson of the Kompetenzzentrum Nanopositionier- und Nanomessmaschine, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 5050, Fax: +49 3677 69 5052

From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Hochdrucksensoren basierend auf Metall-Dünnschicht-Dehnmessstreifen werden millionenfach beispielweise zum Einsatz in Common-Rail-Systemen der Automobilindustrie gefertigt. Bedingt durch das Messprinzip besitzen sie eine Empfindlichkeit gegenüber Störgrößen wie der Temperatur oder teile-individuelle Abhängigkeit von Material-, Toleranz- und Fertigungseinflüssen. Die Kalibrierung am Ende der Fertigung bildet deshalb den entscheidenden Faktor zur Einhaltung der tolerierten Messunsicherheit und Identifikation von Aufbaufehlern. Dem allgemeinen Trend zu immer höheren Anforderungen an Sensoren folgend, ergibt sich ein stetig steigender zeitlicher und energetischer Aufwand für die Kalibrierung[1]. Im Folgenden werden daher dem gegenwärtig etablierten Kalibrierverfahren mittels Erwärmung im Durchlaufofen und anschließender statischer Messung des Ausgangssignals alternative Methoden gegenübergestellt. Für die daraus hervorgehende Zielvariante der induktiven Erwärmung, gefolgt von einem transienten Messprozess, wird mithilfe eines Modells auf Basis der elektrisch-thermischen Analogie ein Versuchsaufbau ausgelegt. Anhand der Versuchsergebnisse werden Heizleistung und Messzeitpunkt festgelegt. Die Fähigkeit des Messverfahrens nach AIAG[2] wird für die Kalibrierung der Druckmessung und die Kalibrierung des internen Störgrößensensors gezeigt und weiteres Optimierungspotenzial erörtert. Abschließend erfolgt der Vergleich zum Modell und zum etablierten Abgleichprozess. Das entwickelte Verfahren führt für den konkreten Anwendungsfall unter den Gesichtspunkten Energieverbrauch, Prozesszeit und Messunsicherheit zu Vorteilen.

Abstract

High pressure sensors based on metal thin film strain gauges are produced in high quantities for example for application in Common-Rail-Systems of the automotive industry. Due to the measuring principle they have a sensitivity for temperature as well as individual dependencies on material, tolerance and production influences. Therefore, the calibration at the end of production is crucial for keeping tolerances and error part identification. Following the general trend to more stringent requirements for integrated sensors, there is a rising effort of time and energy for calibrations. Below, alternative methods are compared to the currently established procedure of heating in continuous furnace with subsequent static measurement of the output signal. Therein inductive heating followed by a transient measurement process becomes the most promising process. By means of a model based on the electric-thermal analogy a test setup is prepared to examine this new calibration. Heating power, measuring time and further optimization potential are investigated on the bases of the measurements. Afterwards a comparison to the model and to the established calibration process is done. The optimized process leads to advantages in terms of energy consumption, process time and measurement uncertainty.

Funding statement: Robert Bosch Fahrzeugelektrik Eisenach GmbH.

Über die Autoren

Tilman Stark

Tilman Stark has studied automotive engineering at the Technischen Universität Ilmenau and is process development engineer at Robert Bosch Fahrzeugelektrik Eisenach GmbH since 2013. His field of work is developing and optimizing electrical testing and calibration processes.

Robert Bosch Fahrzeugelektrik Eisenach GmbH, Center of Competence Manufacturing – Testing Technology, Postfach 10 13 47, 99803 Eisenach/Thüringen, Tel.: +49 3691 64 3048, Fax: +49 3691 64 3098

Eberhard Manske

Head of the Department of Precision Measurement at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau and Spokesperson of the Kompetenzzentrum Nanopositionier- und Nanomessmaschine, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 5050, Fax: +49 3677 69 5052

Erhalten: 2016-8-1
Revidiert: 2016-10-11
Angenommen: 2016-10-13
Online erschienen: 2016-11-24
Erschienen im Druck: 2016-12-28

©2016 Walter de Gruyter Berlin/Boston

Downloaded on 5.12.2022 from frontend.live.degruyter.dgbricks.com/document/doi/10.1515/teme-2016-0024/html
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