CN1193216C - 微小极间距电容式力敏传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微小极间距电容式压力传感器，包括膜片、边框、不动极板、抗压基板、隔离膜及隔离膜边框，不动极板横截面外形与边框内壁横截面形状相似，它被对称地封接固定到边框内壁上，它的一个端面与弹性膜片内表面相邻是凹球面，此凹球面与弹性膜片内表面之间的间距靠两者膨胀系数的差别精确确定，不动极板的另一端面与边框端口齐平，两者被粘接在抗压基板的平端面上，抗压基板的另一端面的中部是凹球面，周边是环形平面，隔离膜边框被粘接在这个环形平面上。本发明灵敏度高，抗过载能力强，对背景压力不敏感，长期稳定性好，结构简单容易制造，是一种高精度的压力传感器。

Description

微小极间距电容式力敏传感器及其制造方法

发明领域    本发明属于物理测量仪器领域，特别涉及一种微小极间距电容式力敏传感器及其制造方法。

背景技术    目前已有的电容式力敏传感器种类繁多。如申请号为93118056.2的中国发明专利，其结构如图1所示。图中101是膜片，102是边框，103是边框102及膜片101内表面上的金属导电层。104是可动极板，105是可动极板104上的导电层，形成传感器传感电容的可动电极，106是导电熔封玻璃，它把可动极板104固定到膜片101的中心部位并使导电层105与导电层103连通。107是不动极板，108是不动极板上的导电层，形成传感器传感电容的不动电极。109是连接不动极板107与边框102的长方形支架。110是熔封玻璃，它把长方形反架109、边框102、不动极板107封接到一起，也把边框102与膜片101封接到一起。边框102与膜片101也可以连成一体来制造。当外力作用于膜片101或边框102时，传感电容的可动极板104与不动极板107之间的间距发生变化，从而实现传感功能。在实际应用中该技术存在以下问题：

1、由于膜片101是平膜片，它与平表面的可动极板104及不动极板107是等间距的，即使外力压迫膜片，使两个电容极板贴到一起，膜片101靠近边框102的部分仍然悬空，应力很大。外界压力增大时，此应力随之增大直到膜片破裂。显然，这种结构对外界压力的耐受能力较小，抗过荷能力差。

2、如果这种传感器用单晶硅制造，由于晶体的各向异性，沿不同晶向杨氏模量各不相同。这种杨氏模量的各向异性使边框102在受到均布压力时会产生各向异性形变，致使与边框102封接在一起的长方形支架109连带定极板107产生附加位移。当我们用这样的传感器测量压力差时，即使膜片101两侧的压力差不变，但只要压力的绝对值变化因而边框102受到的压力有变化，传感器的定极板107就会因边框102的各向异性变形而产生相应的位移，这种位移最终表现为差压测量值随压力绝对值变化而漂移。

对于用各向同性材料如钢材陶瓷等制作的这种形式的电容传感器而言，由于连接不动极板107和边框102的支架109为长方形，在装配过程中很难使它保持以边框102轴线为轴心的对称位置。一旦长方形支架109偏离这个对称位置，例如该支架的两个长侧面距边框102的距离不等，当边框102承受的压力发生变化而产生各向同性形变时，长方形支架109同样会产生附加移动从而造成测量值的漂移。

3、电容式力敏传感器的传感电容电极间介质的介电常数必须稳定，否则测量值就会漂移。该已有技术未指明此问题的解决方法。

本发明的目的是克服已有微小极间距电容式力敏传感器的不足之处，提供一种新结构的微小极间距电容式压力传感器及其制造方法。该压力传感器对过载的耐受程度高，对背景压力的变化不敏感而且长期稳定性好。

发明内容    本发明提供的微小极间距电容式力敏传感器包括膜片1、边框2，边框及膜片内表面的导电薄层3，用绝缘材料如硼硅玻璃制成的传感电容不动极板4或4′及其上的导电层5或5′，抗压基板6或6′，隔离膜7及支撑它的隔离膜边框8。其特征在于所述的不动板4或4′处于边框之内，它与膜片1相邻的下端面是凹球面而上端面与边框2开口端的端面齐平，不动极板的上端面中心部位可以有一个平底凹坑，传感电容的不动电极或是蒸镀在不动极板4凹球面上的导电金属薄层5或是蒸镀在不动极板4′平底凹坑底面上的导电金属薄层5′，所述的膜片1内表面的导电金属薄层3形成了传感电容的可动电极，或是让膜片1′的中心柱状突起穿过不动板板4′的凹球面中心通孔并把可动极板14固定在此突起顶端，如果可动极板14是绝缘材料制成，可动极板14与凹坑平底相邻的一面镀有导电金属薄层3′，此导电金属薄层3′形成本发明的传感器传感电容的可动电极，如果可动电极14是用导电材料制成，导电金属薄层自然可以省去；所述的不动板板4或4′的横截面外形与边框2内壁形状相似，以便对称地封结或焊接到边框2内壁上，从而最大限度地消除边框2所产生的各向异性或各向同性形变所造成的不动极板4或4′的位移，不动极板4或4′和边框2的端口被粘在抗压基板6的平端面上；抗压基板6的另一端面的中心部份是凹球面，边缘部分为圆环状平面；所述的隔离膜7事先被制作到隔离膜边框8上，然后再与抗压基板6的圆环状平面粘接，所述的不动极板4和4′及抗压基板6的中轴线部位开有通孔，此通孔使传感器内部空腔相互连通，为提高传感器抗过载能力，通孔直径不应过大，也可以同时开几个细小的通孔，这样既保持传感器的抗过载能力又有较好的响应特性。

由于传感器不动极板4或4′靠近膜片1或1′的端面是凹球面，作用到膜片上的压力大到一定程度时，膜片1就会贴到不动极板4或4′的凹球面上。此后压力继续加大，由于不动极板4或4′的阻挡，膜片不会进一步内凹而受到保护。隔离膜片7的作用是把传感器的腔体与外界隔离，以防止传感电容电极间介质的介电常数变化而造成测量值的漂移。在传感器的腔体内可以充以硅油等液体介质使传感器所测的压力差精传递到弹性膜片两侧。为提高传感器的响应速度，也可以在传感器的腔体内充以干燥的空气或其它惰性气体。由于气体的可压缩性，隔离膜片7的刚度应远远小于弹性膜片1或1′的刚度。这样传感器工作时，其隔离膜片7两侧的压力差远小于弹性膜片1或1′两侧的压力差，以保持所需的测量精度。

附图说明

图1为已有技术的结构示意图。

图2、3、4、5、6分别为本发明的4个实施例。

图7为带有凹球面的不动极板4的轴向剖面图。

图8为该不动极板的顶视图。

图9、10、11、12、13、14为在隔离膜边框8上制作隔离膜7的工艺流程图。

其中，1为弹性膜片，1′为带有中心突起的弹性膜片，2为边框，3为导电薄层，3′为导电薄层，4为不动极板，4′为带有平底凹坑的不动极板，5为导电薄层，5′为导电薄层，5″为导电薄层，6为抗压基板，6′为另一种抗压基板，7为隔离膜，8为隔离膜边框，9为低熔点玻璃，61为充气(油)孔，62为引线孔，63为密封管，10为外引出线，11为外引出线，17为不动极板引线，15为焊点，14为可动极板，16为附加不动极板，19为不动极板周边齿轮状突起，20为填充圆柱，21为填充圆片，22为硝棉胶，23为正性光刻胶层。

具体实施方式    下面结合附图及实施例进一步描述本发明。

实施例1，图2是本发明的第一个实施例。图中1为弹性膜片，2为厚实的边框，3为边框2及膜片1内壁上的导电薄铝层。此导电层一端引出到边框外侧。膜片1内侧表面上的导电层3形成传感电容的一个电极——可动电极。4为传感器的不动板板，它靠近膜片1的端面是凹球面，另一端面与边框2的开口端面齐平，其中轴线部位开有小通孔，5是不动极板4凹球面上的导电薄铝层，它形成传感电容的另一电极——不动电极。6为抗压基板，它的一个端面是严格的平面，紧贴边框2及不动极板4的相互齐平的端面。环氧树脂把三者粘接到一起。图2中的抗压基板6直径与边框2相等，事实上，根据装配需要抗压基板6的直径也可大于边框2的直径。抗压基板6另一端面的中部是凹球面，此凹球面的周边是环状平面。61、62是抗压基板6内部的径向小孔，一直通到抗压基板6外侧。孔61用以注入干燥空气或硅油等介质，孔62的用途是把导电层5的引出线17引出。引线孔62可直接用环氧树脂堵塞，介质注入孔61的封闭方法是用钳子把已经粘接在孔61上的紫铜密封管63夹死。7是隔离膜，8是隔离膜7的支撑边框。先把隔离膜7制作到隔离膜边框8上，然后再用环氧树脂把它们与抗压基板6的圆环状平端面粘接。不动极板4与抗压基板6均用绝缘材料如玻璃、陶瓷等制成，它们中轴线上的通孔使传感器内部的空腔连通。本发明的传感器装在管壳内，隔离膜7和弹性膜片1分别与被测的流体连通。

当本发明的压力传感器的腔体内充满硅油或其它液体介质时，由于液体的不可压缩性，弹性膜片1凹凸时隔离膜7相应地凸凹而液体介质的体积不变。显然，只要隔离膜7的刚度远小于弹性膜片1的刚度以至它两侧的压差小到可以忽略不计，弹性膜片1两侧的压差就精确反映被测流体的压差。

已知周边固支的圆膜片受均布压强作用，其中心最大挠度为：

$W_{\max }=\frac{3(1-r^2){\mathrm{Pa}}^4}{16{\mathrm{Eh}}^3}$

式中r为泊松比，P为作用到膜片上的压强，a为膜片半径，E为膜片材料的杨氏模量，h为膜片的厚度。

在液体介质体积不变的条件下，如果弹性膜片1及隔离膜7的半径相等，则它们在两侧压力差作用下的最大挠度W_max相等。

也即：

$W_{\max }=\frac{3(1-r^2)P_1{a}^4}{16E_{\mathrm{st}}{h_{\mathrm{st}}}^3}=\frac{3(1-r_{\mathrm{Al}})P_2{a}^4}{16E_{\mathrm{Al}}{h^3}_{\mathrm{Al}}}$

式中r_st为硅的泊松比，r_Al为铝的泊松比，a为弹性膜片1的半径，h_st为弹性膜片1的厚度，h_Al为隔离膜片7的厚度，E_st为硅的弹性模量，E_AL为铝的弹性膜量，P₁为弹性膜片两侧的压强差，P₂为隔离膜7两侧的压强差。

已知

V_st＝0.35    V_Al＝0.33    E_st＝1.91×10⁶Kgf/cm²

h_st＝100μ    h_AL＝5μ

则， $\frac{P_1}{P_2}=\frac{(1-{r_{\mathrm{AL}}}^2)E_{\mathrm{SI}}{h}_{\mathrm{si}}^3}{(1-r_{\mathrm{si}}^2)E_{\mathrm{AL}}{h}_{\mathrm{AL}}^3}=22747$ (倍)

这个比值说明：由于隔离膜7的存在，当被测流体的压力差通过隔离膜片7传到弹性膜片1两侧时产生了

的损耗。如果这个误差还不够小，可以通过加大隔离膜7的半径解决。由于W_max与膜半径的4次方成正比，只要略加大一些隔离膜的半径，就可以明显减小它给测量带来的误差。

当本发明的传感器的腔体内充以干燥空气等气体介质时，由于气体的可压缩性，隔离膜7要产生大得多的形变才能使自身两侧的压力达到平衡——也就是把它受的压力传到弹性膜片1的内侧。为保证这一传递的精确性，显然需要隔离膜片7有更大的柔性。为此必须加大隔离膜7的半径及抗压基板6球面的下凹深度。传感器工作的背景压力越大或所测的压差越大则隔离膜7的半径及抗压基板6球面下凹的深度就越大。同时还应尽量减小传感器内部空腔的体积。为此抗压基板6及不动极板4的通孔直径要尽量小，一般小于1mm，不动极板4的半径也尽可能地只比边框2的内径略小一点。通孔半径小的另一个作用是防止膜片在此处被高压损坏，为提高响应速度，可以多打几个小通孔。

实施例二

图3是本发明的第二个实施例。它是用来测量绝对压力的。它的腔体被抽成真空或保持某一基准压强。当外界压力过大时，弹性膜片1就会受压贴到不动极板4内凹的球面从而受到保护。用玻璃等绝缘材料制成的抗压基板6′应足够厚，使它在外界压强变化范围内可视作不发生形变。引线10，11及排气管12都被用低熔点玻璃9封结在抗压基板6′上。用点焊机把引线17焊在引线10及11的端部，然后再用低熔点玻璃9把抗压基板6′与边框2封接到一起。引线17的另一端事先用压焊的方法焊接到导电薄层5与导电薄层3上。排气管可以是膨胀系数与抗压基板6′相近的玻璃管。

实施例3

图4是本发明的第三个实施例，它的不动极板4′靠近弹性膜片1′的端面为凹球面，而另一端面带有一个平底的凹坑。在凹坑底部及一侧用真空蒸镀的方法镀有薄铝层5′。金属导电薄层5′在不动极板4′凹坑平底上的那部分构成了传感电容的不动电极而它在凹坑侧壁上的部分则被用作引出线。传感电容的可动电极是蒸镀在可动极板14上的薄铝层3′。导电金属薄层3′有一部分通过可动极板14中心孔延伸到背面，导电熔封玻璃15把可动极板14封接固定到弹性膜片1中心立柱的顶端并使传感电容的可动电极3′与导电金属薄铝层3连通。用与实施例2相同的办法从边框2及不动极板4′内侧壁引出传感电容电极的引线。图4所示实施例的优点是灵敏度更高，特别是量程起点附近的灵敏度高。不动极板4′内凹的球面保护弹性膜片1′不受过大压力的损害。

实施例4

图5是本发明的第四个实施例。它与实施例3的不同之处在于它的传感电容的不动电极5″不是附着在不动极板4′的凹坑的底部而是附着在附加不动极板16的下表面上的导电薄铝层，附加不动极板16形状与不动极板4相似，低熔点玻璃9把它封接到不动极板4′凹坑的侧壁上。这种结构在量程的高端灵敏度较好。

实施例5

图6是本发明的第五个实施例，它与前两个实施例不同之处是同时具有两个不动电极5′和5″。蒸镀在可动极板14上下两个侧面的导电薄铝层形成可动电极3′，它分别与不动电极5′和5″形成两个传感电容。外界压力作用于弹性膜片1′时，这两个传感电容一个增大一个减小从而实现传感功能。这种结构的好处是灵敏度更高而且更易于做到线性输出。

在实施例3与4、5中按用途不同选用抗压基板6或6′。为减小传感器腔体的体积，附加不动极板16的上端面与不动极板4′齐平，而在实施例3中可在不动极板4′平底凹坑内用低熔点玻璃封接一个圆柱形的绝缘填充物20，其下端面与可动极板14保持一定距离(略大于不动极板4′内凹球面的深度)上端面与不动极板4′的上端面齐平。

在以上的几个实施例中，本发明的传感器的基本制作步骤如下：

1、制作边框2与弹性膜片1。既可以把两者分开制造然后封接成一个整体，也可以把两者作为整体一并制造。如果制造材料是单晶硅，可用常规的硅冷加工工艺制造。如果用弹性金属材料制造，则采用常规的金属加工工艺。弹性膜片1及边框2的尺寸，可按测量要求在很大范围选择。

2、制作不动极板4和4′，附加可动极板14、附加不动极板16、抗压基板6和6′。它们都应使用绝缘材料如玻璃、陶瓷制造。不动极板4和4′球面的内凹深度一般在几微米到几十微米之间，视量程而定。

3、在上述零件的相关部位真空蒸镀导电薄层，一般采用铝层，约2000-3000左右，如果边框2及膜片1用金属材料制造，应从防锈的角度考虑有无必要加镀金属保护层。

4、抗压基板6和6′的外引出线可用环氧树脂或低熔点玻璃封接。

5、按照9311805.6号中国专利所述的方法把上述零件按照实施例图组装、封接，现以图5所示的实施例4为例说明本发明的传感器的组装封装过程：

a、把不动极板4′放入边框2中置于弹性膜片1′的内表面上，弹性膜片1′中心突起的立柱穿过不动极板4′凹球面中心通孔。

b、通过不动极板4′侧面齿轮状突起19之间的凹槽在突起19及边框2内壁之间涂敷低熔点玻璃9。

c、在不动极板4′另一端面的平底凹坑底部设置3-4根直径相同的细钨丝。钨丝的另一端沿不动极板4′平底凹坑侧壁伸出凹坑端面。

d、将不动极板14置于钨丝上，使其中心孔穿过弹性膜片1′中的中心立柱。注意应使它的导电薄层3′面朝上。在弹性膜片1′中心立柱和可动极板14中心孔的缝隙中涂上导电熔封玻璃15。

e、同样设置3-4根相同直径的钨丝在可动极板14的导电层3′上，这些钨丝的另一端同样沿平底凹坑侧壁伸出坑外，其直径等于传感电容极间距。

f、把附加不动极板16放入不动极板4′凹坑内，它与附加可动极板14之间由上述钨丝隔开。再通过附加不动极板16侧面齿轮状突起之间凹槽把低熔点玻璃9涂敷到附加不动极板16与不动极板4′之间。应注意的是在这些齿轮状突起的凹槽中，应留出3-4个凹槽不涂敷低熔点玻璃，它们是钨丝引出的通道。

g、把组装到一起的上述传感器放入马福炉内升温，使低熔点玻璃9与导电熔封玻璃15熔化。

h、马福炉降温后，取出传感器，轻轻抽去钨丝。当然，还要用超声压焊的方法焊上传感电容电极的引线。一根引线焊在边框2内壁导电层3在端口的部位，另一根引线应事先焊在附加不动极板16的中心孔的侧壁上。注意不要使引线凹出到导电薄层5″的平面之外。

以下叙述制作本发明的传感器的两个关键：

第一个关键是不动极板4或4′边框2的线膨胀系数应略有差别，籍以精确保持不动极板4或4′与弹性模片1的微小极向距。在不动极板4或4′的膨胀系数略大的情况下，传感器在马福炉中封结完毕降温过程中，不动极板4或4′会由于收缩量大于边框2而微微离开弹性膜片1的内表面。由于它离开这个表面因而不会影响传感器的正常工作，又由于它是微微离开这个表面，故能更好地防止弹性膜片1或1′因过载而损坏。

例如：如果边框2用单晶硅制造，其膨胀系数为3.5×10^-6。不动极板4或4′的膨胀系数是3.7×10^-6。两者膨胀系数的差是0.2×10^-6。低熔点玻璃9的固化温度是450℃。不动极板4或4′侧面齿轮状突起得下缘距弹性模片1或1′的内表面的距离是4mm。则在室温20℃条件下，不动极板4或4′距弹性模片1或1′的内表面的距离应为：

             0.2×10^-6×(450-20)×4×10³＝0.34μ

在不动极板4或4′的膨胀系数小于边框2的膨胀系数的情况下，在封接前传感器的不动极板与弹性模片接触，不动极板、附加不动极板，附加填充圆柱的上端面与边框2的开口端经仔细的研磨以保持齐平。封接时，传感器开口向下被置于底座上。底座的端面是严格的平面，平面的中间部位有一个平底圆凹坑，在此凹坑内放入一圆柱体，圆柱体的半径小于边框2的内径，此圆柱体的端面与底座的端面也经过仔细的研磨保持齐平。传感器的不动极板4或4′乃至附加不动极板16，附加填充物20与圆柱体的端面接触而边框2与底座的平面接触，因为圆柱体的膨胀系数比底座的膨胀系数小，随着炉温上升，圆柱体端面逐渐低于底座端面，与之接触的不动极板等也在自重作用下随之下移，这使不动极板的凹球面与弹性模片内表面脱离接触。两者之间的距离最终由低熔点玻璃9的固化温度与边框2和不动极板4或4′的膨胀系数的差值决定。

采用上述方法精确保证不动极板4或4′与弹性膜片1或1′的微小极间距不但具有较高的一致性，而且使抗过载能力及灵敏度都有较大提高。

第二个关键是应使不动极板4、4′以及附加不动极板16、附加填充物20的上端面与边框2的端口高度齐平。这样当传感器过载弹性膜片1或1′贴到不动极板4、4′的凹球面上时，过载的压力才能传递到抗压基板6、6′上而不会造成上述零件与边框2之间的相对移动。这种移动可能造成弹性膜片1或1′的损坏或测量值的漂移。

具体的实施方法是：先严格控制不动极板4、4′及附加不动极板16，附加填充物20的厚度，使这些零件与边框2封接在一起之后，它们的上端面与边框2的端口基本齐平。再用浓的硝棉胶堵住该传感器边框端口的平面上所有通向内部的缝隙。然后仔细地研磨边框2端口与上述另件的上端面，使它们高度齐平，最后在丙酮中超声清洗研磨表面，并用丙酮溶去火棉胶。

隔离膜片7及膜片边框8的制造工艺流程如下：

1.用2mm左右铝板制造出如图9所示圆环状隔离膜边框8，其两端面应为平面。

2.再制造如图10所示的填充圆片21，其厚度应与前者相同，半径与前者圆孔滑配。

3.用硝棉胶22把隔离膜边框8与填充圆片21粘接成平圆片，如图11所示。

4.如图12所示，此平圆片的一侧被涂敷正性光刻胶，用曝光显影的办法在平圆片的中心形成一个圆形的光刻胶覆盖区23。此覆盖区的半径略大于填充圆片21的半径，使隔离膜边框8与填充圆片21的接缝附近都覆盖有正性光刻胶。正性光刻胶要足够浓，使接缝处的胶面无明显不平整。

5、如图12所示，在此平圆片带有圆形正性光刻胶覆盖区23的一侧真空蒸镀铝层7，铝层7的厚度约大于5μ。

6、把蒸镀完铝层的平圆片泡入丙酮，待缝隙中的硝棉胶及铝层7也就是隔离膜片下面的正性光刻胶溶解后，慢慢取下填充圆片21，便制成了带有铝制边框8的隔离膜7。显然隔离膜7也可用其它金属如金、钛、镍等材料制造。

这个带有边框8的隔离膜7按图2所示用环氧树脂粘接到抗压基板6上。

Claims (7)

1.一种微小极间距电容式力敏传感器，包括膜片(1)、边框(2)、不动极板(4)、抗压基板(6)，其特征在于，所述的不动极板(4)的横截面外形与边框(2)横截面形状相似，其靠近膜片(1)的端面是内凹的球面，另一端与边框(2)的开口端齐平，这两者都封接到抗压基板(6)的平端面上。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述的不动极板(4)的内凹球面上敷有导电薄层(5)，其横截面的形状与边框(2)的横截面形状同为圆形且周带有齿轮状突起，以利与边框(2)的封接固定，与不动极板(4)和凹球面相邻的弹性膜片(1)的内表面敷有导电薄层(3)。

3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，膜片(1′)内表面中心柱状突起穿过不动极板(4′)凹球面中心通孔，可动极板(14)被固定在此柱状突起顶端，不动极板(4′)的平端面上开有平底凹坑，在平底凹坑的底面上敷有导电薄层(5′)，可动极板(14)位于平底凹坑上方，其与平底凹坑相邻的表面敷有导电薄层(3′)。

4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，其弹性膜片(1′)内表面中心处的柱状突起穿过不动极板(4′)凹球中心通孔，可动极板(14)固定在此柱状突起顶端，位于不动极板(4′)平底凹坑上方，在可动极板(14)上方还设有附加不动极板(16)，附加不动极板(16)与可动极板(14)相邻的两个表面各自分别设有导电薄层(5″)和(3′)。

5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，弹性膜片(1′)内表面中心柱状突起穿过不动极板(4′)凹球面中心通孔，上下两表面都敷有薄导电层(3′)的可动极板(14)固定在柱状突起顶端，位于不动极板(4′)平底凹坑上方，在可动极板(14)上方还设有附加不动极板(16)，附加不动极板(16)的与可动极板(14)相邻的表面敷有导电薄层(5″)，在不动极板(4′)凹坑的平底面上敷有导电薄层(5′)。

6.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括隔离膜(7)、隔离膜边框(8)，被支撑在隔离膜边框(8)上的隔离膜(7)的厚度远小于弹性膜片(1)的厚度，隔离膜边框(8)被粘接到抗压基板(6)的中心带有内凹球面的一侧，抗压基板(6)的另一侧是平端面与边框(2)、不动极板(4，4″)的齐平端面粘结固定。

7.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，制造边框(2)以及不动极板(4)的材料的膨胀系数有一定差异，在一定的高温条件下使弹性模片(1)与不动极板(4)的相邻表面相互接触着封接，利用边框(2)与不动极板(4)膨胀系数的差异使弹性模片(1)与不动极板(4)的相邻表面在降温后分开并保持精确间距。

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