CN102741672B

CN102741672B - 电容式传感器

Info

Publication number: CN102741672B
Application number: CN2010800458645A
Authority: CN
Inventors: 沈东演; 添田将
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2030-10-12
Also published as: KR101375193B1; WO2011046119A1; CN102741672A; JP5400560B2; US20120206147A1; KR20120069722A; JP2011085505A

Abstract

本发明提供一种能够降低电力消耗、且能够进行间歇动作的电容式传感器。本发明的电容式传感器为能够检测第1电容和第2电容的电容式传感器(1)，其包含：构件(10)，其具有导电性，且形成有可动的隔板(11)；薄膜电极(21)，在薄膜电极(21)和隔板(11)之间形成第1电容；薄膜电极(31)，在薄膜电极(31)和隔板(11)之间形成第2电容；上部构件(20)，其被设置为在上部构件(20)和隔板(11)的上表面之间形成空间(S1)；和下部构件(30)，其被设置为在下部构件(30)和隔板(11)的下表面之间形成空间(S2)，气体(A1)被封入第1空间(S1)中，热膨胀率与气体(A1)不同的气体(A2)被封入第2空间(S2)中。

Description

电容式传感器

技术领域

本发明的几种形态涉及例如能够检测温度的电容式传感器。

背景技术

以往，作为使用铂电阻体、热电偶、半导体式温度传感器等的电温度计，已知有以下这样的电温度计：其具备温度检测部，该温度检测部具有彼此不同的两种类的金属材料和保护这些材料的保护管，通过使两种类的金属材料双绞线化，且使它们同轴电缆化来提高耐噪声性(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】日本特开平8-86694号公报

发明内容

本发明要解决的问题

为了防备干扰的影响，电温度计的温度检测部由保护管、包装等覆盖。因此，作为温度检测部达到与测温对象相同的温度所要的时间(以下，将达到测温对象的温度的63.2％所要的时间称为“应答时间”，将达到90％所要的时间称为“稳定时间”)，需要某程度的长时间，根据种类例如需要数秒钟至数分钟的时间。因此，由于在通电后需要应答时间(稳定时间)，所以对于进行在测温时通电(动作)并在测温后停止的所谓的间歇动作并不适合。

以往，为了应对这样的情况，对电温度计常时通电(对电温度计常时供给电能)，以便能够在测温时马上测定温度。然而，采用这样的方法的话，测温时以外也要消费电力，因此难以降低消耗电力。即，具有不能减少电力消耗、且不能进行用于减少电力消耗的间歇动作这样的问题。

本发明的几个形态正是鉴于上述问题而做出的，其目的之一在于，提供一种能够降低电力消耗、且能够进行间歇动作的电容式传感器。

解决课题的手段

本发明的电容式传感器为能够检测第1电容和第2电容的电容式传感器，其特征在于，包含：第1构件，所述第1构件具有导电性，且形成有可动的电极板；第1电极，在所述第1电极和电极板之间形成第1电容；第2电极，在所述第2电极和电极板之间形成第2电容；第2构件，所述第2构件被设置为在所述第2构件和电极板的一个表面之间形成第1空间；和第3构件，所述第3构件被设置为在所述第3构件和电极板的另一个表面之间形成第2空间，第1气体被封入第1空间中，热膨胀率与第1气体不同的第2气体被封入第2空间中。

根据该构成，第1气体被封入第1空间中，热膨胀率与第1气体不同的第2气体被封入第2空间中。这里，在热膨胀率相互不同的第1气体和第2气体分别被封入第1空间和第2空间中的情况下，测温对象、例如外部的大气的温度发生变化时，内部的第1气体以及第2气体的温度也发生变化。此时，由于第1气体和第2气体的热膨胀率的差，在第1空间的压力和第2空间的压力之间产生压力差。配置在第1空间和第2空间之间的电极板应该压力差而产生位移，第1电容和第2电容发生变化。因此，通过检测第1电容和第2电容，能够测定测温对象的温度。又，电极板在不通电的状态下应测温对象的温度变化发生位移，因此能够在通电时马上检测出第1电容和第2电容。进一步，形成电容的分开的两个电极，即电容器通过施加低频率的交流电压来提高阻抗(容抗)，因此能够减少在通电时流动的电流。

又，本发明的电容式传感器为能够检测第1电容和第2电容的电容式传感器，其特征在于，包含：第1构件，所述第1构件具有导电性，且形成有可动的电极板；第1电极，在所述第1电极和电极板之间形成第1电容；第2电极，所述第2电极用来形成第2电容；第2构件，所述第2构件被设置为在所述第2构件和电极板的一个表面之间形成第1空间；和第3构件，所述第3构件被设置为在所述第3构件和电极板的另一个表面之间形成第2空间，第1气体被封入第1空间中，热膨胀率与第1气体不同的第2气体被封入第2空间中。

优选为，第1构件形成有具有导电性的电极部，在所述电极部和第2电极之间形成第2电容。

优选为，还包括第3电极，在所述第3电极和第2电极之间形成第2电容。

优选为，还包括具有导电性的、形成有电极部的第4构件，在该电极部和所述第2电极之间形成所述第2电容。

优选为，电极板在朝向封入有第1气体和第2气体中热膨胀率高的一方的气体的空间的表面具有台面形状。

优选为，第1构件包括：形成有电极板的第1导电层、第2导电层、和介于该第1导电层和该第2导电层之间的绝缘层。

优选为，第1构件包括：形成有电极板的第1导电层、形成有第2电极的第2导电层、和介于该第1导电层和该第2导电层之间的绝缘层。

优选为，第1构件中形成有收纳吸气材料的、与第1空间连通的第3空间，第1气体为真空状态。

发明的效果

根据本发明的电容式传感器，通过检测第1电容和第2电容，能够测定测温对象的温度。又，电极板在不通电的状态下应测温对象的温度变化产生位移，因此能够在通电时马上检测出第1电容和第2电容。进一步，形成电容的分开的两个电极，即电容器通过施加低频率的交流电压来提高阻抗(容抗)，因此能够减少在通电时流动的电流。由此，不常时供给电能也能够测定温度，能够降低电力消耗。又，能够大幅度缩短应答时间(稳定时间)，能够进行间歇动作。

附图说明

图1是本发明的第1实施形态的电容式传感器的侧视截面图。

图2是说明图1所示的隔板的形状的俯视图。

图3是说明图1所示的电容式传感器所检测的电容的图。

图4是说明被封入到密闭空间中的气体的温度与压力的关系的图表。

图5是说明被封入到密闭空间中的气体的温度与隔板的位移的关系的图表。

图6是本发明的第2实施形态的电容式传感器的侧视截面图。

图7是说明图6所示的电容式传感器所检测的电容的图。

图8是示出本发明的第2实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。

图9是示出本发明的第2实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。

图10是示出本发明的第2实施形态的变形例的电容式传感器的侧视截面图。

图11是示出本发明的第2实施形态的变形例的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。

图12是本发明的第3实施形态的电容式传感器的侧视截面图。

图13是说明图12所示的隔板的形状的仰视图。

图14是示出本发明的第3实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。

图15是本发明的第4实施形态的电容式传感器的侧视截面图。

图16是图15所示的电极部的俯视图。

图17是示出本发明的第4实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。

图18是本发明的第5实施形态的电容式传感器的侧视截面图。

图19是示出本发明的第5实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。

图20是示出本发明的第5实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。

图21是示出本发明的第5实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。

符号的说明

1…电容式传感器

10…构件

11…隔板

20…上部构件

21…薄膜电极

30…下部构件

31…薄膜电极

A1…气体

A2…气体

C1…电容

C2…电容

S1…空间

S2…空间。

具体实施方式

以下对本发明的实施形态进行说明。在以下的附图的记载中，对于相同或者类似的部分标注相同或者类似的符号来表示。但是，附图是示意性的图。因此，具体的尺寸等应该参照以下的说明来进行判断。又，有时包含有在附图互相之间互相的尺寸关系或比率不同的部分。

(第1实施形态)

图1至图5是用来说明本发明的电容式传感器的第1实施形态的图。图1是本发明的第1实施形态的电容式传感器的侧视截面图，图2是说明图1所示的隔板的形状的俯视图，图3是说明图1所示的电容式传感器所检测的电容的图。另外，图1以及图2所示的X轴、Y轴、以及Z轴是相互正交的坐标轴，Y轴相对于X轴在水平方向上正交，Z轴对于X轴在垂直方向上正交。又，以后的图也是同样的。又，在以下的说明中，将图的上侧表示为上，将图的下侧表示为下，将图的左侧表示为左，图的右侧表示为右。

如图1所示，电容式传感器1是用于测定外部的环境例如周边的大气等的测温对象的温度的传感器。电容式传感器1具有导电性的构件10、设置在构件10的上部的上部构件20、和设置在构件10的下部的下部构件30。

构件10由例如导电性的单晶硅(低电阻化了的硅)构成。在构件10中形成有能够在规定方向(图1中的Z轴方向)上位移的隔板11。如图2所示，在俯视图中，隔板11具有长度方向(长边，图2中的X轴方向)为长度L、短手方向(短边，图2中的Y轴方向)为长度W的矩形的形状。隔板11作为厚度(图1中的Z轴方向的长度)比构件10薄的可动的电极板起作用。

另外，隔板11的上表面以及下表面的形状并不限定于图1所示的平坦的形状，至少其中一个面可以是波纹(起皱)形状。又，隔板11的俯视时的形状并不限于图2所示的矩形，也可以是正方形、多边形、圆形、椭圆形等。

如图1所示，在隔板11的上表面和下表面分别形成有具有电绝缘性的薄膜状的突起11a、11b。由此，能够与后述的薄膜电极21、31电绝缘，或者能够防止粘附(附着)。

上部构件20例如由陶瓷构成。上部构件20的下表面与构件10的上表面接合，以便在上部构件20的下表面和隔板11的上表面之间形成密闭的空间S1。又，在上部构件20的下表面，在与隔板11相对的位置设置有薄膜电极21。如图3所示，薄膜电极21仅与隔板11相距间隔d_A1，在薄膜电极21和隔板11之间形成电容C₁。薄膜电极21和隔板11作为电容器起作用。

如图1所示，下部构件30例如由陶瓷构成。下部构30的上表面与构件10的下表面接合，以便在下部构件30的上表面和隔板11的下表面之间形成密闭的空间S2。又，在下部构件30的上表面，在与隔板11相对的位置设置有薄膜电极31。如图3所示，薄膜电极31仅与隔板11相距间隔d_A2，在薄膜电极31和隔板11之间形成电容C₂。薄膜电极31和隔板11作为电容器起作用。

构件10与上部构件20或者下部构件30的接合例如使用考虑了空间S1、S2的气密性的机械接合、直接接合、或者阳极键合法等来进行。

上部构件20以及下部构件30的材料并不限定于陶瓷，至少其中一个为硼酸系玻璃(碱性玻璃)、石英、水晶、或者蓝宝石，也可以是能够通过上述的接合方法来接合的材料。具体地说，阳极键合的情况下，可以采用派莱克斯玻璃(注册商标)、TEMPAX、SD2玻璃、SW-Y，SW-YY玻璃、或者LTCC(低温共烧陶瓷)等。又，作为上部构件20以及下部构件30的材料，至少其中一方也可以与构件10相同地采用导电性的硅、金属。在该情况下，通过绝缘膜将其与构件10接合。进一步地，作为上部构件20以及下部构件30的材料，至少其中一方可以采用具有导电性的薄膜电极、且能够在其与隔板11之间形成电容的晶体、多晶体。

如图1所示，薄膜电极21的左端部与导电性的通孔电极H1连接。通孔电极H1与被设置在上部构件20的上表面上的电极用焊盘(端子)P1电连接。隔板11的右端与构成构件10的一部分的导电部12连接。导电部12通过导电性的通孔电极H2与被设置在上部构件20的上表面上的隔板用焊盘(端子)P2电连接。薄膜电极31的右端部与构成构件10的一部分的硅岛13连接。硅岛13通过导电性的通孔电极H3与被设置在上部构件20的上表面上的电极用焊盘(端子)P3电连接。

例如对电极用焊盘P1以及隔板用焊盘P2施加规定频率的交流电压，通过测定在施加该交流电压时流动的电流，从而能够检测出电容C₁。又，例如对电极用焊盘P3以及隔板用焊盘P2施加规定频率的交流电压，测定在施加该交流电压时流动的电流，从而能够检测出电容C₂。

各通孔电极H1～H3的形成是分别在上部构件20中形成通孔(未图示)，对该通孔施行电极材料的埋入式成膜、电镀法、或者埋入式配线等来进行。

导电部12和硅岛13的形成是通过干法蚀刻等的气相中的化学反应性蚀刻法或水溶性的化学蚀刻法等来进行。又，隔板11的形成可以这样进行：使用水溶性的化学蚀刻法并根据蚀刻时间来控制厚度，或者使高浓度不纯物扩散至与隔板相对应的构件10上的位置，从而实施选择性的蚀刻。

在空间S1中被封入有气体A1，例如真空状态的气体，在空间S2中，封入有热膨胀率与被封入空间S1的气体的热膨胀率不同的气体A2，例如惰性气体。

在本申请中，“真空状态”并不是指什么都没有的状态，而是指压力比大气压低的状态(负压)。由此，某空间即便为真空状态也存在有物质(在本申请中为气体)，因此将存在于该空间中的气体表示为“真空状态的气体”。

另外，被封入空间S1的气体和被封入空间S2的气体的组合，并不限定于上述那样的组合，只要热膨胀率，更准确地说，只要体积膨胀率相互不同即可。例如，可以采用第1惰性气体作为气体A1，采用第2惰性气体或者干燥空气作为气体A2。但是，湿度高的气体在温度降低时结雾，对后述的气体的体积变化的影响较大。因此，真空状态的气体、惰性气体、干燥空气等难以结雾的气体较为理想。

这里，在热膨胀率相互不同的气体A1和气体A2分别封入被密闭的空间S1和空间S2中的情况下，在测温对象、例如外部的大气的温度变化时，内部的气体A1以及气体A2的温度也发生变化。此时，由于气体A1和气体A2的热膨胀率的差，在空间S1的压力和空间S2的压力之间发生压力差。被配置在空间S1和空间S2之间的隔板11应该压力差而产生位移，电容C₁和电容C₂发生变化。因此，通过检测电容C₁和电容C₂，能够测定测温对象的温度。又，隔板11在不通电的状态下根据测温对象的温度变化发生位移，因此能够在通电时马上检测出电容C₁和电容C₂。进一步，形成电容的分开的两个电极，即电容器通过施加低频率的交流电压来提高阻抗(容抗)，因此能够减少在通电时流动的电流。

以往，作为能够减少电力消耗的温度计，已知有玻璃制温度计、液柱温度计、或者金属制温度计、双金属式温度计。玻璃制温度计、液柱温度计由于其利用测温对象的温度变化所引起的物质的热膨胀性质，因此不像电温度计那样需要电能就能够测定温度。然而，被计测的温度原则上是通过目测来读取刻度的，因此难以进行向电信号的变换、以及准确的温度测量。又，也能够安装图像传感器以及信号处理电路以将刻度的温度变换为电信号，但恐怕会导致成本以及电力消耗的增加。另一方面，金属制温度计、双金属式温度计能够容易地将所测定的温度变换为电信号。然而，为了保持相对于温度的灵敏度，而将检测部做成露出的结构，因此容易受到湿度、振动、尘埃、粉尘等干扰的影响。

相对于此，本发明的电容式传感器1能够通过检测电容C₁和电容C₂容易地变换成温度的电信号。又，气体A1和气体A2由于被分别封入密闭的空间S1和空间S2中，因此具有难以受到干扰的影响的优点。

接着，使用图4至图6说明测温对象的温度变化与电容式传感器的电容变化的关系。另外，在下文中，只要没有特别记载，就以气体A1为真空状态的气体，气体A2为惰性气体进行说明。

图4是说明被封入到密闭的空间中的气体的温度与压力的关系的图表。一般地，在气体被封入具有规定的体积的、密闭的空间中的情况下，该气体的举动(举止、动作)能够使用理想气体的状态方程式近似地表示。即，将绝对零度(绝对温度)下的体积假定为v₀、压力假定为p₀时，规定的温度t₁时的压力p₁以及体积v₁满足以下的式(1)以及式(2)的关系。

p₁v₁＝p₀v₀(1+βt₁) …(1)

v₁＝v₀(1+gt₁) …(2)

但是，β表示气体的体积膨胀率，g表示密封空间的密封材料的体积膨胀率。

同样地，其他的规定的温度t₂时的压力p₂以及体积v₂满足以下的式(3)以及式(4)的关系。

p₂v₂＝p₀v₀(1+βt₂) …(3)

v₂＝v₀(1+gt₂) …(4)

这里，在被封入密闭的空间中的气体的温度从t₁变化至t₂的情况下，整理式(1)～式(4)，温度变化后的压力p₂能够由以下的式(5)来表示。

p₂＝{(1+βt₂)/(1+βt₁)}{(1+gt₁)/(1+gt₂)}×p₁ …(5)

使用式(5)算出压力p₂的话，如图4所示，明白了被封入密闭的空间中的气体的温度与压力的关系为线性的关系。

图5是说明被封入到密闭空间中的气体的温度与隔板的位移的关系的图表。根据某文献(S.铁摩辛柯，S.沃诺斯基，《板壳理论》，纽约，麦克劳希尔出版公司，第二版)(StephenP.Timoshenko，S.Woinowsky-Krieger，(“Theory OF Plates and Shells”)，New-York：McGRAW-HILL，Inc.，2^nd Edition.)，一般来说，在俯视时周边固定且形状为矩形的隔板的情况下，该平面的坐标(x，y)的垂直方向(例如图2中的Z轴方向)的位移w(x，y)能够使用施加于隔板的压力p由以下的式(6)以及式(7)来表示。

【数1】

w (x, y) = {[1 - {(\frac{2 x}{a})}^{2}]}^{2} {[1 - {(\frac{2 y}{b})}^{2}]}^{2}

\times {A_{m} \frac{p a^{4}}{16 D} + B_{m} \frac{p a^{4}}{16 D} [{(\frac{2 x}{a})}^{2} + {(\frac{2 y}{b})}^{2}] + C_{m} \frac{p a^{4}}{16 D} {(\frac{2 x}{a})}^{2} {(\frac{2 y}{b})}^{2}} . . . (6)

D = \frac{{Eh}^{3}}{12 (1 - v^{2})} . . . (7)

但是，a表示隔板的短边的长度，b表示隔板的长边的长度，D表示示出隔板的弹性特性(弯曲刚性，flexural rigidity)的函数，A_m、B_m、C_m表示形状常数，E表示隔板的材料的杨氏模量，h表示隔板的厚度，v表示隔板的材料的泊松比。

另外，在俯视时的隔板为矩形以外的形状的情况下，通过对式(6)进地变形，同样地，位移w(x，y)可以采用施加于隔板的压力p来表示。

这里，试着考虑将上述理论适用于本发明中。即，假定温度t₁时隔板11的最大位移为d₁，在被封入密闭空间中的气体的温度从t₁变化至t₂的情况下，由于气体A1是真空状态的气体，因此空间S1的压力不变(或者大致不变)。因此，施加于隔板11上的压力仅仅为空间S2的压力。此时，将式(5)的p₂代入式(6)的压力p能够算出隔板11的最大位移d₂。如图5所示，可知气体A2的温度与隔板11的位移的关系也为线性的关系。另外，在被封入空间S1中的气体A1为压力因温度变化而变化的气体，例如惰性气体的情况下，上述式(1)～式(4)中的β(气体的体积膨胀率)、g(密封空间的密封材料的体积膨胀率)都因温度变化而变化的话，则对上述式(1)～式(4)都标注’，关于空间S1，与上述相同地，式(1)’～式(4)’成立，因此从这些公式导出式(5)’。而且，通过算出式(5)-(5)’(＝Δp)，将计算出来的Δp代入式(6)中的压力p，同样地能够算出隔板11的最大位移d₂。

电极在垂直方向上可动位移的情况下的电容C能够使用隔板11的位移w(x，y)由以下的式(8)来表示。

【数2】

C = {&Integral;}_{0}^{a} {&Integral;}_{0}^{b} \frac{ϵ_{0}}{d - w (x, y)} dxdy + C_{0} . . . (8)

但是，C₀为规定温度(初期温度)时的电容，ε₀为真空中的介电常数，d表示初期状态下的电极间距离。

又，电容式传感器1的电容变化ΔC能够由以下的式(9)来定义。

ΔC＝(C₁-C₂)/C₂ …(9)

因此，通过将式(6)代入式(8)中的位移w(x，y)算出式(9)，能够以温度(作为温度的函数)表示电容式传感器1的电容变化ΔC。传感器或者制造工序上存在差异，电容变化ΔC相对于温度变化具有非线性特性，即便如此，也可以通过补正方法使电容变化ΔC相对于温度具有线性特性。

在本实施形态中，使用导电性的物质作为构件10的材料，但也不限定于此。例如，也可以采用绝缘性的材料，在隔板11的上表面以及下表面(两表面)形成导电性物质的薄膜。在该情况下，导电部12以及硅岛13也同样由导电性物质形成。

这样，采用本实施形态的电容式传感器1，气体A1被封入空间S1中，热膨胀率与气体A1不同的气体A2被封入空间S2中。这里，在热膨胀率相互不同的气体A1和气体A2分别封入被密闭的空间S1和空间S2中的情况下，在测温对象、例如外部的大气的温度变化时，内部的气体A1以及气体A2的温度也发生变化。此时，由于气体A1和气体A2的热膨胀率的差，在空间S1的压力和空间S2的压力之间产生压力差。被配置在空间S1和空间S2之间的隔板11应该压力差而产生位移，电容C₁和电容C₂发生变化。因此，通过检测电容C₁和电容C₂，能够测定测温对象的温度。又，隔板11在不通电的状态下应测温对象的温度变化发生位移，因此能够在通电时马上检测出电容C₁和电容C₂。进一步，形成电容的分开的两个电极，即电容器通过施加低频率的交流电压来提高阻抗(容抗)，因此能够减少在通电时流动的电流。由此，不常时供给电能也能够测定温度，能够降低电力消耗。又，能够大幅度缩短应答时间(稳定时间)，能够进行间歇动作。

(第2实施形态)

图6至图9是用来说明本发明的电容式传感器的第2实施形态的图。另外，只要没有特别记载，与上述第1实施形态相同的构成部分以相同的符号表示，省略其说明。又，未图示的构成部分与上述第1实施形态相同。

第2实施形态与第1实施形态的不同点为，电容式传感器2A，2B，2C具有参比电极22来替代薄膜电极31。

图6是本发明的第2实施形态的电容式传感器的侧视截面图，图7是说明图6所示的电容式传感器所检测的电容的图。如图6所示，在构件10上，在隔板11的右端形成有固定部14来替代导电部12。相对于隔板11能够在规定方向(图6中的Z轴方向)上位移，固定部14至少不能在该规定方向(图6中的Z轴方向)上位移(不动)。

在固定部14的上表面形成有具有电绝缘性的薄膜状的突起11c。由此，能够与后述的参比电极22电绝缘，或者能够防止粘附(附着)。

在上部构件20的下表面，除了设置有薄膜电极21之外，还在与固定部14相对的位置上设置有薄膜状的参比电极22。如图7所示，参比电极22仅与固定部14相距间隔d_A1，在参比电极22和固定部14之间形成电容C₃。参比电极22和固定部14作为电容器起作用。

如图6所示，隔板11的左端与构成构件10的一部分的部分(未图示)连接。该部分通过通孔电极H2与隔板用焊盘(端子)P2电连接。参比电极22的右端部与通孔电极H3连接。通孔电极H3与薄膜电极用焊盘(端子)P3电连接。

又，电容式传感器2A的电容变化ΔC能够由以下的式(9)’来定义。

ΔC＝(C₁-C₃)/C₃ …(9)’

这里，与第1实施形态相同，在空间S1的压力与空间S2的压力之间产生压力差的情况下，隔板11应该压力差而发生位移，相对于此，即便产生该压力差，固定部14也不发生位移。因此，虽然电容C₁相对于温度变化而变化，但电容C₃没有变化，因此传感器2A的电容变化ΔC基于式(9)’为电容C₁的变化量。

图8是示出本发明的第2实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。在本实施形态中，是在隔板11的右端形成固定部14，在参比电极22与固定部14之间形成电容C₃，但不限定于此。例如如图8所示，传感器2B也可以在构件10上形成与隔板11电绝缘的另一个隔板17。在该情况下，在隔板17的上表面形成有具有电绝缘性的薄膜状的突起17a。又，在上部构件20的下表面，在与隔板17相对的位置设置有参比电极22。参比电极22在其与隔板17的上表面之间形成电容C₃。参比电极22和隔板17的上表面作为电容器起作用。隔板17的右端与构成构件10的一部分的部分(未图示)连接。该部分通过通孔电极H4与隔板用焊盘(端子)P4电连接。参比电极22与通孔电极H3连接。通孔电极H3与薄膜电极用焊盘(端子)P3电连接。

在被形成在上部构件20的下表面与隔板17的上表面之间、且被密闭的空间S4中例如封入有气体A2。在被形成在下部构件30的上表面与隔板17的下表面之间、且被密闭的空间S5中封入有与空间S4中的气体相同的气体，例如气体A2。

这里，在测温对象，例如外部的大气的温度变化的情况下，由于在空间S4和空间S5封入热膨胀率相同的气体，因此空间S4的压力与空间S5的压力之间不产生压力差。因此，与图6所示的情况相同，虽然电容C₁相对于温度变化而变化，但电容C₃没有变化，因此传感器2B的电容变化ΔC基于式(9)’为电容C₁的变化量。

另外，在与参比电极22之间形成电容C₃的电极并不限定于隔板17，也可以是形成在构件10上的固定的电极(部)，也可以形成在构件10以外的构件(材料)上。又，被封入空间S4以及空间S5的气体在为惰性气体这一点上，气体A2较为理想，但是并不限定于此，也可以是气体A1或者其他的气体。

图9是示出本发明的第2实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。又，如图9所示，电容式传感器2C也可以具有被配置在上部构件20的下表面的参比电极22、和被配置在下部构件30的上表面的与参比电极22相对的位置上的薄膜状的参比电极34。参比电极34在其与参比电极22之间形成电容C₃。参比电极22和参比电极34作为电容器起作用。参比电极34与通孔电极H4连接。通孔电极H4与隔板用焊盘(端子)P4电连接。参比电极22与通孔电极H3连接。通孔电极H3与薄膜电极用焊盘(端子)P3电连接。

在被形成在上部构件20的下表面与下部构件30的上表面之间、且被密闭的空间S4中例如封入有气体A2。

这里，在测温对象，例如外部的大气的温度变化的情况下，由于参比电极22和参比电极34被固定，因此与图6所示的情况相同，电容C₁相对于温度变化而变化，而电容C₃不发生变化。因此，电容式传感器2C的电容变化ΔC基于式(9)’为电容C₁的变化量。

另外，与图8所示的情况相同，被封入空间S4的气体在为惰性气体这一点上，气体A2较为理想，但也可以是气体A1或者其他的气体。

这样，根据本实施形态的电容式传感器2A、2B、2C，具有用于形成电容C₃的参比电极22。这里，与第1实施形态相同，在空间S1的压力与空间S2的压力之间产生压力差的情况下，隔板11应该压力差而发生位移，相对于此，即便产生该压力差，例如固定部14也不发生位移。因此，虽然电容C₁相对于温度变化而变化，但电容C₃没有变化，因此电容式传感器2A、2B、2C的电容变化ΔC基于式(9)’为电容C₁的变化量。由此，由于电容式传感器2A、2B、2C的构成，与第1实施形态相同，能够降低电力消耗，且能够进行间歇动作。

(第2实施形态的变形例)

图10至图11是用来说明本发明的电容式传感器的第2实施形态的变形例的图。另外，只要没有特别记载，与上述第2实施形态相同的构成部分以相同的符号表示，省略其说明。又，未图示的构成部分与上述第2实施形态相同。

变形例与第2实施形态的不同点为，电容式传感器2D、2E还具有新的构件。

图10是本发明的第2实施形态的变形例的电容式传感器的侧视截面图。如图10所示，电容式传感器2D具有设置在下部构件30的下部的第2构件40、和设置在第2构件构件40的下部的第2下部构件50。第2构件40由例如导电性的单晶硅(低电阻化了的硅)构成。又，第2下部构件50由陶瓷构成。

在第2构件40上形成有隔板41。在隔板41的上表面形成有具有电绝缘性的薄膜状的突起41a。在下部构件30的下表面，在与隔板41的上表面相对的位置上设置有参比电极22，在该参比电极22与隔板41的上表面之间形成电容C₃。参比电极22和隔板41的上表面作为电容器起作用。隔板41的左端与构成第2构件40的一部分的部分(未图示)连接。该部分通过通孔电极H4与隔板用焊盘(端子)P4电连接。参比电极22的左端与通孔电极H3连接。通孔电极H3与薄膜电极用焊盘(端子)P3电连接。

在被形成在下部构件30的下表面与隔板41的上表面之间、且被密闭空间S4中例如封入有气体A2。在被形成在第2下部构件50的上表面与隔板41的下表面之间、且被密闭的空间S5中封入有与空间S4中的气体相同的气体，例如气体A2。

这里，在测温对象，例如外部的大气的温度变化的情况下，由于在空间S4和空间S5封入热膨胀率相同的气体，因此空间S4的压力与空间S5的压力之间不产生压力差。因此，与第2实施形态的情况相同，虽然电容C₁相对于温度变化而变化，但电容C₃没有变化，因此电容式传感器2D的电容变化ΔC基于式(9)’为电容C₁的变化量。

另外，与图8所示的情形相同，在与参比电极22之间形成电容C₃的电极并不限定于隔板41，也可以是被形成在第2构件40上的固定的电极(部)。又，被封入空间S4以及空间S5的气体在为惰性气体这一点上，气体A2较为理想，但是并不限定于此，也可以是气体A1或者其他的气体。

图11是示出本发明的第2实施形态的变形例的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。在本变形例中，虽然具有第2构件40和第2下部构件50，但并不限定于此。例如如图11所示，电容式传感器2E也可以还具有被设置在第2构件40的上部的第2上部构件60。即，电容式传感器2E具有包含构件10、上部构件20、以及下部构件30的第1电容传感器(未图示)；和包含第2构件40、第2上部构件60、以及第2下部构件50的第2电容传感器(未图示)，由具有大致相同的构成(构造)的两个传感器构成。

在该情况下，在隔板41的下表面形成突起41a，在第2下部构件50的上表面的与隔板41的下表面相对的位置上设置有参比电极22。参比电极22在其与隔板41的下表面之间形成电容C₃。参比电极22和隔板41的下表面作为电容器起作用。隔板41的左端与构成第2构件40的一部分的部分(未图示)连接。该部分通过通孔电极H4与隔板用焊盘(端子)P4电连接。参比电极22的左端与通孔电极H3连接。通孔电极H3与薄膜电极用焊盘(端子)P3电连接。

在被形成在第2上部构件60的下表面与隔板41的上表面之间、且被密闭的空间S4中例如封入有气体A2。在被形成在第2下部构件50的上表面与隔板41的下表面之间、且被密闭的空间S5中封入有与空间S4中的气体相同的气体，例如气体A2。

这里，在测温对象，例如外部的大气的温度变化的情况下，由于在空间S4和空间S5封入热膨胀率相同的气体，因此空间S4的压力与空间S5的压力之间不产生压力差。因此，与图10所示的情况相同，虽然电容C₁相对于温度变化而变化，但电容C₃没有变化，因此电容式传感器2E的电容变化ΔC基于式(9)’为电容C₁的变化量。

另外，和图10所示的情况相同，在与参比电极22之间形成电容C₃的电极并不限定于隔板41，也可以是被形成在第2构件40上的固定的电极(部)。又，被封入空间S4以及空间S5的气体在为惰性气体这一点上，气体A2较为理想，但是并不限定于此，也可以是气体A1或者其他的气体。

由此，由于电容式传感器2D、2E的构成，与第1实施形态相同，能够降低电力消耗，且能够进行间歇动作。

(第3实施形态)

图12至图14是用来说明本发明的电容式传感器的第3实施形态的图。另外，只要没有特别记载，与上述第1实施形态或者第2实施形态相同的构成部分以相同的符号表示，省略其说明。又，未图示的构成部分与上述第1实施形态或者第2实施形态相同。

第3实施形态与第1实施形态或者第2实施形态的不同点为，电容式传感器3的隔板11具有台面(メサ)形状111。

在本申请中，所谓“台面形状”，是指形成为梯形形状的构件、一组对边平行或者大致平行的构件。

图12是本发明的第3实施形态的电容式传感器的侧视截面图。如图12所示，在隔板11的下表面具有台面形状111。另外，台面形状111并不限定于形成于隔板11的下表面的情形。隔板11只要在朝向封入有气体A1和气体A2中热膨胀率高的一方的气体的空间的表面具有台面形状111即可。在本实施形态中，气体A1为真空状态的气体，气体A2为惰性气体，因此在朝向封入有气体A2的空间S2的表面，即隔板11的下表面具有台面形状。又，也可以在隔板11的另一面(本实施形态中为上表面)也具有台面形状。

图13是说明图12所示的隔板的形状的仰视图。如图13所示，台面形状111在仰视时被形成在隔板11的中央部(中央及其周边的区域)。另外，台面形状的长(图13中的X轴方向的长度)、宽(图13的Y轴方向的长度)、高(图13中的Z轴方向的长度)可以适当地变更。

这里，与第1实施形态相同，在空间S1中的压力和空间S2中的压力之间产生压力差的情况下，包含台面形状111的隔板11的表面的中央部难以变形为曲线状(凹状)，该表面容易就这样平行移动。因此，能够高精度地检测电容C₁和电容C₂。

图14是示出本发明的第3实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。如图14所示，与第2实施形态相同，在电容式传感器3具有参比电极22的情况下，隔板11在朝向封入有气体A1和气体A2中热膨胀率高的一方的气体的空间的表面具有台面形状111。在该情况下，与图12以及图13所示的情形相同，能够高精度地检测电容C₁。

这样，采用本实施形态的电容式传感器3，隔板11在朝向封入有气体A1和气体A2中热膨胀率高的一方的气体的空间的表面具有台面形状111。这里，与第1实施形态相同，在空间S1中的压力和空间S2中的压力之间产生压力差的情况下，包含台面形状111的隔板11的表面的中央部难以变形为曲线状(凹状)，该表面容易就这样平行移动。因此，能够高精度地检测电容C₁。由此，可以准确地测定测定对象的温度。

(第4实施形态)

图15至图17是用来说明本发明的电容式传感器的第4实施形态的图。另外，只要没有特别记载，与上述第1实施形态至第3实施形态相同的构成部分以相同的符号表示，省略其说明。又，未图示的构成部分与上述第1实施形态至第3实施形态相同。

第4实施形态与第1实施形态的不同点为，电容式传感器4A、4B使用SOI(Silicon OnInsulator，绝缘衬底上的硅)基板10A作为构件10。

图15是本发明的第4实施形态的电容式传感器的侧视截面图。如图15所示，SOI基板10A包含硅层10a、绝缘层10b和基底硅层10c。

硅层10a例如由导电性的硅构成。在硅层10a中形成有隔板11和导电部12。这里，通过使用含有被设计为规定的厚度(图15中的Z轴方向的长度)的硅层10a的SOI基板10A，例如蚀刻时的厚度控制变得简单。

绝缘层10b例如由硅氧化物(SiO₂)构成。又，绝缘层10b介于硅层10a和基底硅层10c之间。又，绝缘层10b作为与硅层10a和基底硅层10c电绝缘的绝缘膜发挥作用。

基底硅层10c例如由导电性的硅构成。在基底硅层10c中，在与隔板11相对的位置上形成有电极部15。电极部15与第1实施形态的薄膜电极31相同地，在其与隔板11之间形成电容C₂。电极部15和隔板11作为电容器起作用。

又，电极部15与构成基底硅层10c的一部分的部分(未图示)连接。该部分通过通孔电极H3与被设置在下部构件30的下表面的薄膜电极用焊盘(端子)P3电连接。另外，通孔电极H3的形成与第1实施形态相同，通过分别在下部构件30中形成通孔(未图示)，对该通孔施行电极材料的埋入式成膜、电镀法、或者埋入式配线等来进行。

图16是图15所示的电极部的俯视图。如图16所示，在俯视图中，电极部15具有多个在横向(图16的X轴方向)以及纵向(图16的Y轴向)排列的柱状的孔15a。这些孔15a在去除绝缘层10b时使用。一般来说，在去除绝缘层10b时，关于蚀刻，例如使用氢氟酸蒸汽、缓冲氢氟酸(BHF)。但是，这些物质具有在垂直方向(图15以及图16中的Z轴方向)上快速扩散，但在水平方向(图15以及图16中的X轴方向或者Y轴方向)上难以扩散的性质。因此，通过经由这些孔15a流入(流进)，能够在水平方向上扩散氢氟酸蒸汽、缓冲氢氟酸(BHF)。

另外，各孔15a的开口部的形状并不限定于正六边形，也可以是圆形、椭圆形、矩形、正方形、多边形等。但是，具有正六边形的开口部的所谓的蜂窝构造在结构上比较稳定。又，孔15a的数量、大小可以考虑与隔板11相对的电极部15的上表面的表面积和绝缘层10b的去除率适当地变更。

图17是示出本发明的第4实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。如图17所示，与第2实施形态相同地电容式传感器4B具有参比电极22，在该情况下，使用SOI基板10A作为构件10。在该情况下，与图15所示的情况相同，通过使用含有被设计为规定的厚度(图17中的Z轴方向的长度)的硅层10a的SOI基板10A，例如蚀刻时的厚度控制变得简单。

这样，根据本实施形态的电容式传感器4A、4B，SOI基板10A包括形成有隔板11的硅层10a、基底硅层10c、以及介于硅层10a和基底硅层10c之间的绝缘层10b。这里，通过使用含有被设计为规定的厚度(图15以及图17中的Z轴方向的长度)的硅层10a的SOI基板10A，例如蚀刻时的厚度控制变得简单。由此，能够容易地形成隔板11。

又，根据本实施形态的电容式传感器4A，SOI基板10A包括形成有隔板11的硅层10a、形成有电极部15的基底硅层10c、以及介于硅层10a和基底硅层10c之间的绝缘层10b。这里，在去除绝缘层10b时，关于蚀刻，例如使用氢氟酸蒸汽、缓冲氢氟酸(BHF)。但是，这些物质具有在垂直方向(图15以及图16中的Z轴方向)上快速扩散，但在水平方向(图15以及图16中的X轴方向或者Y轴方向)上难以扩散的性质。因此，通过经由这些孔15a流入(流进)，能够在水平方向上扩散氢氟酸蒸汽、缓冲氢氟酸(BHF)。由此，能够将与隔板11相对应的部分的绝缘层10b彻底(完全)去除。

(第5实施形态)

图18至图21是用来说明本发明的电容式传感器的第5实施形态的图。另外，只要没有特别记载，与上述第1实施形态至第4实施形态相同的构成部分以相同的符号表示，省略其说明。又，未图示的构成部分与上述第1实施形态至第4实施形态相同。

第5实施形态和第1实施形态的不同点为，在电容式传感器5A、5B的构件10、或者电容式传感器5C、5D的SOI基板10A中形成有吸气室S3。

图18是本发明的第5实施形态的电容式传感器的侧视截面图。如图18所示，在构件10中形成有与空间S1连通的吸气室S3。吸气室S3中收纳有吸气材料16。吸气材料16是具有吸附气体的性质的物质，例如，能够使用非蒸发型气体吸附膜、市售的气体吸收材料等。另外，也可以使用吸气材料的原材料在上部构件20的下表面使薄膜电极21成膜。

如上所述，被封入空间S1中的气体A1为真空状态的气体。由此，被收纳于吸气室S3中的吸气材料16吸附残留在空间S1中的气体，因此能够提高被封入空间S1中的气体A1的真空度。

尤其是，在使用阳极键合法将构件10和上部构件20接合的时候，存在从由玻璃等构成的上部构件20放出氧气(或者氧离子)的情况。在该情况下，能够防止气体A1的真空度下降。

图19是示出本发明的第5实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。如图19所示，与第2实施形态相同，电容式传感器5B具有参比电极22，在该情况下，在构件10中形成吸气室S3。在该情况下，与图18所示的情况相同，被收纳于吸气室S3中的吸气材料16吸附残留在空间S1中的气体，因此能够提高被封入空间S1中的气体A1的真空度。

图20是示出本发明的第5实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。如图20所示，与第4实施形态所示的图15相同，电容式传感器5C使用SOI基板10A作为构件10，形成有电极部15，在该情况下，在SOI基板10A，具体地说在基底硅层10c形成吸气室S3。另外，吸气室S3在比硅层10a厚的基底硅层10c形成比较容易，但也可以形成在硅层10a中。

在导电部12中，形成有连通空间S1和吸气室S3的连通孔12a。又，在下部构件30中，形成有用来将气体A2封入空间S2中的贯通孔32。将SOI基板10A和下部构件30接合，在将气体A2放入空间S2中之后，贯通孔32的开口部由密封材料33密封。

另外，在接合了SOI基板10A和下部构件30时，空间S2中充满着大气(空气)。在该状态下向气压低的地方移动的话，大气(空气)从空间S2跑出，因此能够进行与气体A2的置换。

在该情况下，与图18所示的情况相同，被收纳于吸气室S3中的吸气材料16吸附残留在空间S1中的气体，因此能够提高被封入空间S1中的气体A1的真空度。

图21是示出本发明的第5实施形态的电容式传感器的其他实例的侧视截面图。如图21所示，与第4实施形态所示的图17相同，电容式传感器5D使用SOI基板10A作为构件10，具有参比电极22，在该情况下，在SOI基板10A，具体地说在基底硅层10c形成吸气室S3。另外，吸气室S3也可以和图20所示的情况相同，形成在硅层10a中。

在下部构件30中，形成有用来将气体A2封入空间S2中的贯通孔32。将SOI基板10A和下部构件30接合，在将气体A2放入空间S2中之后，贯通孔32的开口部由密封材料33密封。

这样，根据本实施形态的电容式传感器5A、5B、5C、5D，在构件10或者SOI基板10A中形成收纳吸气材料16、且与空间S1连通的吸气室S3，被封入空间S1中的气体A1为真空状态。由此，被收纳于吸气室S3中的吸气材料16吸附残留在空间S1中的气体，因此能够提高被封入空间S1中的气体A1的真空度。

另外，上述各实施形态的构成也可以进行组合、或者更换一部分的构成部分。另外，本发明的构成并不限于上述实施形态，可以在不脱离本发明的要点的范围内进行各种变更。

Claims

1.一种电容式传感器，其是能够检测第1电容和第2电容的电容式传感器，其特征在于，包含：

第1构件，所述第1构件具有导电性，且形成有可动的电极板；

第1电极，在所述第1电极和所述电极板之间形成所述第1电容；

第2电极，在所述第2电极和所述电极板之间形成所述第2电容；

第2构件，所述第2构件被设置为在所述第2构件和所述电极板的一个表面之间形成第1空间；和

第3构件，所述第3构件被设置为在所述第3构件和所述电极板的另一个表面之间形成第2空间，

第1气体被封入所述第1空间中，热膨胀率与所述第1气体不同的第2气体被封入所述第2空间中。

2.一种电容式传感器，其是能够检测第1电容和第2电容的电容式传感器，其特征在于，包含：

第2电极，所述第2电极用来形成所述第2电容；

3.如权利要求2所述的电容式传感器，其特征在于，所述第1构件形成有具有导电性的电极板，在所述电极板和所述第2电极之间形成所述第2电容。

4.如权利要求2所述的电容式传感器，其特征在于，还包括第3电极，在所述第3电极和第2电极之间形成第2电容。

5.如权利要求2所述的电容式传感器，其特征在于，还包括具有导电性的、形成有电极部的第4构件，在该电极部和所述第2电极之间形成所述第2电容。

6.如权利要求1～5中任一项所述的电容式传感器，其特征在于，所述电极板在朝向封入有所述第1气体和所述第2气体中热膨胀率高的一方的气体的空间的表面具有台面形状。

7.如权利要求1～5中任一项所述的电容式传感器，其特征在于，所述第1构件包括：形成有所述电极板的第1导电层、第2导电层、和介于该第1导电层和该第2导电层之间的绝缘层。

8.如权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述第1构件包括：形成有所述电极板的第1导电层、形成有所述第2电极的第2导电层、和介于该第1导电层和该第2导电层之间的绝缘层。

9.如权利要求1～5中任一项所述的电容式传感器，其特征在于，所述第1构件中形成有收纳吸气材料的、与所述第1空间连通的第3空间，所述第1气体为真空状态。