CN1672024A - 可变电容测量装置 - Google Patents

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CN1672024A CNA038176130A CN03817613A CN1672024A CN 1672024 A CN1672024 A CN 1672024A CN A038176130 A CNA038176130 A CN A038176130A CN 03817613 A CN03817613 A CN 03817613A CN 1672024 A CN1672024 A CN 1672024A
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Abstract

一种可变电容测量装置能够包括在多个不同实施例中描述的任何一个或多个功能部件，以实现一种可靠的、小巧的装置。电容器电极、吸气外壳、夹紧连接器可以沿一共同轴排列，以减小宽度尺寸而不大幅度增加长度。通过选择那些热膨胀系数相互接近的材料，可以减小温度引起的扰动变化。玻璃－陶瓷材料可用作绝缘体并化学连接到金属表面以提供真空密封，从而消除对于一个单独的电极组件内的玻璃密封或槽的需要。此外，单块电极组件可以代替单个电极组件(用于电穿通)和电极。实施例还包括用于使用和形成该装置的过程。

Description

可变电容测量装置
                  本发明的技术领域
本发明总体上涉及可变电容测量装置，更具体而言，涉及用作力或压力传感器的可变电容测量装置，装置中的组件，以及用于制造它们的工艺。
                  相关技术的说明
许多压力传感器包括可变电容器以测定压力。一些压力传感器包括一个固定电极，其作为一个电容器电极，以及包括一个隔膜，其作为另一个电容器电极。当在该隔膜两侧有压力差时，隔膜发生形变。当压力改变时，该隔膜和固定电极之间的变化间距导致产生电容器的不同的电容值。
虽然电容式压力传感器的原理相对简单，外部因素将使压力读取失真。这一点对于那些测量压力大大低于大气压的传感器而言尤其正确，因为其高灵敏度。例如，温度改变将影响电容值。
为解决该温度引起的问题的一个尝试是在隔膜的一侧使用一对固定电极。从电学角度看，该压力传感器包括两个串联的电容器。在绝缘体，通常是陶瓷盘上构建两个固定电极的设计，具有包围并分离于环形电极的中心电极。此外，可以使用红宝石辊来支承该陶瓷盘，以当温度改变时，最小化压力传感器中的部件之间的摩擦力。通过监测两个电容器之间在隔膜和每一个固定电极之间的电容读取值之间的差，这种两个电容器的用法可用于在一个相对大的温度范围内测定流速。
这种双电容器压力传感器也不是没有问题。首先，通常采用微调操作来适配两个电容，其通过改变至少一个相对固定电极的面积而实施。该操作是一种手动操作，将涉及某种试错法。这样，将产生压力传感器之间的偏差。虽然通过最小化传感器内部的“粘滑”型运动，红宝石辊等类似物可以改进温度引起的滞后，但是，设计和制造上所增加的复杂性将导致成本增加。还有，红宝石辊和其所支承的结构之间的接触具有应力集中作用，反而影响了传感器的长期稳定性。因为该压力传感器使用两个电容读取值之间的差来测量压力，所以它需要一个大尺寸的隔膜来获得足够的灵敏度。另一个问题是长温升时间，这是因为尺寸和质量都相对较大，以及小的红宝石辊等等限制了热传递。例如，压力传感器达到准备状态温度操作条件可能将花费一天的时间。这种长准备时间对于许多制造操作来说是不能接受的。
                  本发明的概要
一种可变电容测量装置能够包括在多个实施例中描述的任何一个或多个功能部件，以实现一种可靠的、小巧的装置。电容器电极、吸气外壳、夹紧连接器可以沿一共同轴对齐排列，以减小宽度尺寸而不大幅度增加长度。通过选择那些热膨胀系数相互接近的材料，可以减小温度引起的扰动变化。用于陶瓷-金属接口的基本上变化的拓扑结构可以减小外部污染物进入装置的真空部分的可能性。可以在电容器部分和吸气外壳之间使用一个管子以隔离吸气外壳和传感器之间的热量和应力。注意到，本发明不要求这里描述的所有功能部件出现在一个装置中。可变电容测量装置的其他功能部件可以包括玻璃-陶瓷绝缘体，其化学粘接到电极组件和参考侧环的表面以提供真空密封。不需要一个单独的玻璃密封或槽。此外，单块电极组件可以代替单个电极组件(用于电穿通)和电极。因此，利用具有更高过程裕度的制造过程，可以制出高质量的可变电容器。可以在绝缘材料的形成过程中使用薄垫片以减小在制造过程中绝缘体粘附到电极部分表面的可能性。实施例还包括用于形成装置或它们的部分的过程。
在一组实施例中，可变电容测量装置可包括电极组件和绝缘材料。该绝缘材料可以侧面包围该电极组件。该绝缘材料的热膨胀系数可以在该电极组件的热膨胀系数的大约50％以内。
在另一个实施例中，可变电容测量装置可包括电极、用于容纳吸气材料的外壳、以及夹紧连接器。电极、外壳、夹紧连接器可以沿一共同轴排列。
另一个实施例可以包括一个用于可变电容测量装置的元件。该元件可以包括传导部分、电极组件、以及绝缘体。传导部分和电极组件中的每一个均可具有基本上变化的拓扑结构的表面。该绝缘体可以接触传导部分和电极组件的表面并电绝缘传导部分于电极组件。
另一个实施例可包括一个用于可变电容测量装置的元件。该元件可以包括主体部分、用于容纳吸气材料的外壳、以及位于主体部分和外壳之间的管子。该管子的宽度可比外壳的宽度小。
在另一个实施例中，一种用于使用可变电容测量装置的过程包括施加第一信号至电极、吸气外壳、以及夹紧连接器；施加第二信号至隔膜；以及测量包括电极和隔膜的电容器的电容。电极、外壳、夹紧连接器可以沿一共同轴排列。
在一个进一步的实施例中，一种用于制造用于可变电容测量装置的元件的过程可包括固定电极组件和传导部分于相对稳定的位置。该电极组件位于一个模具，该传导部分侧面包围并分离于电极组件，以形成一个间隔分离区。该方法可进一步包括模制绝缘材料以使其位于该间隔分离区。
在一个进一步的实施例中，一种用于可变电容测量装置的元件可包括电极组件，该电极组件包括具有第一宽度的电极部分。该元件还可包括包围电极组件的一部分的绝缘材料。该元件可进一步包括固态材料，比如薄垫片，该材料位于电极部分和绝缘材料之间。该固态材料可以比电极部分宽。
在另一个实施例中，一种用于可变电容测量装置的元件可包括电极组件和位于电极组件内的吸气外壳。该元件还可包括包围电极组件和吸气外壳的一部分的环。
在另一个实施例中，一种用于可变电容测量装置的元件可包括单块电极组件。该单块电极组件可包括具有电极表面的电极部分。
在另一组实施例中，一种形成用于可变电容测量装置的元件的方法可包括在一个结构内设置环的一部分、电极组件、固态材料、以及绝缘材料。该电极组件可包括具有表面的电极部分。该固态材料，比如薄垫片，可比电极部分宽。该方法还可包括加热该绝缘材料。该固态材料可完全防止绝缘材料接触电极部分的表面。
在另一组实施例中，一种形成用于可变电容测量装置的元件的方法可包括在环和电极组件之间设置绝缘材料。该方法还可包括结晶绝缘材料以形成接触环和电极组件的玻璃-陶瓷材料。
在另一组实施例中，一种方法可被用于形成可变电容测量装置。该装置可包括吸气材料、电极组件、以及绝缘材料。一种用于形成可变电容测量装置的方法可包括在电极组件内设置吸气材料。该方法还可包括当吸气材料的一部分被绝缘材料包围时激活吸气材料。该电极组件的一部分可位于吸气材料和绝缘材料之间。
上述大体描述和下面的详细描述都仅是示例性和解释性的，并不是要限制本发明，本发明由附属权利要求所限定。
                  附图的简要描述
图1示出了根据本发明的一个实施例的可变电容测量装置的横截面图；
图2示出了图1的测量装置内部的一个元件；
图3示出了根据本发明的一个可选实施例的可变电容测量装置的横截面图；
图4示出了图3的测量装置内部的一个元件；
图5示出了用于将绝缘材料转换为玻璃-陶瓷材料的热循环；
图6是使用了图1或3的测量装置的流量测量和控制设备的示意图；
图7是可变电容测量装置和散热片的一部分以及连接到该装置的电连接的透视图；
图8是包括散热片和电子接线端的压力传感器的透视图。
本领域技术人员将理解，图中的元件仅为简单清楚的目的而示出，没有必要按照比例画出。例如，图中一些元件的尺寸可以相对其他元件而放大，以帮助理解本发明的实施例。
                  详细说明
现在详细参考本发明的示例性实施例，其例子在附图中示出。在任何可能的地方，相同的参考标记将在所有附图中使用以表示相同或相似的部分(元件)。
一种可变电容测量装置可包括这里所描述的任何一个或多个功能部件，以实现一种可靠的、小巧的装置。在一些实施例中，大致沿一个共同轴对齐排列电容器电极、吸气外壳以及夹紧连接器，这样可以减小宽度尺寸而不会大幅度增加长度。该装置相对较小，并能比现有电容传感器更快地达到稳定状态温度。在另一组实施例中，通过为传感器的电容器部分选择热膨胀系数相互接近的材料，可以减小温度引起的变化。在另一组实施例中，基本上变化的布局结构可以用于陶瓷-金属界面以减小外部污染物到达电容器部分内部的隔膜的参考侧的可能性。在进一步的一组实施例中，可以在装置的电容器部分和吸气外壳之间使用一个管子以隔离吸气外壳和传感器之间的热量和应力。
此外，可变电容测量装置可包括玻璃-陶瓷绝缘体，其具有接近地与用于电极组件和参考侧环的金属材料的热膨胀系数匹配的热膨胀系数。该玻璃-陶瓷材料可化学粘接到该金属表面以提供气密密封，并消除了对于电极组件内的单独的玻璃密封或槽的需要。此外，可以用单块电极组件来代替单个独立的电极组件(用于电馈通)和电极。可以在绝缘材料的形成过程中使用薄垫片以减小在制造过程中绝缘体沿电极侧表面流动的可能性。还有，单独的烘烤和吸气剂激活循环可结合到单个热循环中。实施例还包括用于形成该装置的过程。在读完下面的多个实施例的说明之后，将能更好的理解本发明。
图1示出了可用作力传感器、压力传感器或类似物等的可变电容测量装置10的横截面图。为简化，在整个说明书中，可变电容测量装置10被称为压力传感器10。压力传感器10可包括夹紧连接器102以及电极组件12，这两个部件可以相互焊合。夹紧连接器102可包括能被焊闭的可锻材料。连接器102可包括铝、黄铜或类似物等等。
电极组件12可包括外壳122、管子124以及主体部分126。该外壳122适用于容纳吸气材料106。该吸气材料可用于吸收或吸附在传感器30密封之后在隔膜156的参考侧的污染物或漏气。在该实施例中，隔膜156的参考侧包括在隔膜156靠近图1顶部的那一侧的压力传感器10的部分，而隔膜156的过程侧包括在隔膜156靠近图1底部的那一侧的压力传感器10的部分。在吸气材料的一个非限制性的例子中，可使用SAES吸气剂，其可从美国科罗拉多州的Colorado Springs的SAES Getters USA，Inc.获得。吸气材料106被图1所示的保持件104和固体阻挡件108保持就位。此外，保持件104可以去除，并且在吸气外壳122或者夹紧连接器102中的轻微的紧压可以被用来帮助将吸气材料106保持在正确位置。
固体颗粒阻挡件108可以位于吸气材料106的一侧，以减小来自吸气材料106的颗粒到达压力传感器10的电容部分14的可能性。固体颗粒阻挡件108可以包括金属丝筛网、烧结玻璃、薄膜或类似物等等。固体颗粒阻挡件108可以允许气体流过它，但是不允许吸气材料106中的很大的颗粒进入电容器主体14。
电极组件12可以进一步包括位于外壳122和电容器部分14之间的管子124。电容器部分14可以包括绝缘体142和电极组件12的主体部分126。另外，管子124的壁应该尽可能的薄。管子124可以具有比外壳122的直径(宽度)小的直径(宽度)。当吸气材料106在高温被激活时，这个管子124和它的窄直径以及薄壁帮助减小传递到电容器部分14的热量。管子124也减小任何施加到夹紧连接器102或者吸气外壳122的外力传递到电容器部分14。当电容器部分14在升高的温度运行时，管子124帮助减小热损失并保护连接到夹紧连接器102的电子设备。该电极组件12可以进一步包括沿主体部分126的内部部分的螺纹128。该螺纹128可以固定电极154到电极组件12，其中电极154具有互补螺纹。用于固定电极154到电极组件12的其他方法可以包括螺钉或者螺栓(与电极154分离)、铆钉、焊接或类似方式等等。
电容器部分14可以包括绝缘体142、参考侧环144、过程侧环147、焊接预加工部145以及外壳146。焊接预加工部145帮助保持焊接点的焊接热量并减小整个焊接功率，因此最小化这些部分的变形失真。电容器外壳141可以包括参考侧环144和外壳146的组合。尽管没有示出，但是电极154具有一个开口和空心轴用来将隔膜156的参考侧抽成真空。可选垫片152可以位于电极组件12和电极154之间，并且用来控制相对于隔膜156的电极154的位置。环144、147以及隔膜156的焊接接缝基本上防止任何流体从隔膜156的过程侧流至隔膜156的参考侧。
如果传感器10连接到一个使用等离子气体的过程，隔膜156的过程侧可以包括用来防止对传感器的潜在损害的等离子罩。过程管子148可以连接到电容器部分14的过程侧并可以是流动测量装置的一部分或者作为用于测量系统中的力或压力的单独传感器。在一个具体、非限制性的实施例中，参考侧环144、过程侧环147以及隔膜156可以被相互焊接为子组件。该子组件可以被焊接到外壳146并使用焊接预加工部(weld preps)145。在这个实施例中，所有的金属-金属连接都是焊接的。
电容器部分14可包括用于压力传感器10的可变电容器结构。电极154、隔膜156、以及电极154和隔膜156之间的间隙的组合可组成该用于压力传感器10的可变电容器结构。当隔膜156两侧的压力基本相同时，电极154和隔膜156之间的距离，示出为间隙150，可能在大约50至250微米的范围内。
在一些实施例中，该压力传感器10可变型为差压传感器。例如，该差压传感器可用于测定所测定的压力在大气压以上或以下多少。该传感器10可通过除去夹紧连接器102、保持件104、以及吸气材料106而变型。固体颗粒阻挡件108可保留以基本避免颗粒进入电容器部分14。参考侧可基本处于大气压，过程管148中的气体可高于或低于大气压。在其他实施例中，隔膜156的另一侧可以是大气压。可电连接到管子122，以提供期望电压或其他信号至电极154。另一个差压传感应用将在下面涉及质量流量控制器而描述。
现在指出压力传感器10的一些物理特性以注意它的一些优点。首先，压力传感器10和双电容器压力传感器相比具有相对小的尺寸大小。下面的尺寸是示例性的而不是限定性的。通常，压力传感器10的宽度162不超过大约35毫米。电容器部分14的高度，其由标记164表示，可以不超过大约20毫米，外壳122和夹紧连接器102的组合高度可不超过大约20毫米。在一个具体实施例中，宽度162大约为25毫米，尺寸164和166的组合大约为30毫米。因此，可以制造出相对小的压力传感器10。压力传感器10达到稳定状态温度仅需要花费小于大约4小时的时间，在一些情况下可小于大约2小时。将这个时间和传统双电容器传感器的接近24小时进行比较。将这个时间和传统双电容器传感器常见的接近24小时进行比较。
电极154、电极组件12(包括主体部分126、管子124、以及外壳122)，以及夹紧连接器102可沿共同轴100位于中心，如图1所示。与将这些部件中的至少一个沿一个单独的基本平行的轴对齐的传感器相比，将这些部件中的至少一些沿共同轴100对齐，可以使得压力传感器10的宽度相对较小。
除了隔膜156可以弯曲之外，传感器10没有可移动的部件了。传感器10不太可能由于移动部件的“粘性滑移(Stick-slip)”移动或故障而发生机械故障或不可再现的读数。以及，传感器10没有任何辊子，比如红宝石辊。因此，与辊子有关的变形失真或制造复杂性也可消除。
可以选择传感器10的材料以使得许多电容器部分14中的材料具有比较一致的热膨胀系数。例如，电极组件12、参考侧环144、壳146、过程侧环147、过程管148、电极154、隔膜156以及等离子罩158可以由相同材料制成。如果压力传感器10在腐蚀性的环境下使用，该材料可以是铁镍合金本身，或包括铜、铬、钼、硅、钨或类似物中的任何一种或多种。示范例可包括INCONELTM，INCOLOYTM，MONELTM，HASTELLOYTM，不锈钢或类似物等。在一个具体实施例中，可以使用INCONEL718。电极组件12、参考侧环144、壳146、过程侧环147、过程管148、电极154、隔膜156以及等离子罩158中的任何一个或所有部件可以是导电传导部分的例子。注意到，不同的材料可以用于不同的传导部分。
在另一个实施例中(未示出)，电容器部分14可包括一种或多个绝缘、电阻性的或半导体的材料。外壳的材料应包括热膨胀系数和绝缘体142的热膨胀系数相似的材料。如果任何一种或所有该绝缘、电阻性的或半导体的材料用于外壳141，可以进行单独的电连接以控制运行过程中隔膜156的信号或电位。导线或其他连接体(未示出)可电连接至隔膜156和过程管148，或其他外部导体。可以利用焊接、螺钉、铆钉、导电粘接剂或环氧树脂来进行连接至导线或其他连接体的电连接。
绝缘体142应包括热膨胀系数相似于电容器部分14的其它材料的热膨胀系数的主绝缘材料。该绝缘体应是稳定的，以承受来自传感器制造过程中的应力和热量。对于参考侧是真空密封的传感器，该绝缘体应不能漏气。在另一个实施例中，玻璃-云母合成物可用作绝缘材料。在一个具体的非限制性的实施例中，可使用由New Jersey Clifton的Spaulding Composites公司的一个分公司Mykroy/MycalexCeramics制造的玻璃-云母COMPOSITE561TM。COMPOSITE561TM是玻璃-云母合成物的模制级合成物。
通常，电容器主体14中的材料，比如电极组件12、绝缘体142、参考侧环144、过程侧环147、壳146、电极154、隔膜156的材料应进行选择，以使得绝缘体142(或它的主绝缘材料)的热膨胀系数在电容器部分14中的任何或所有其他固态材料的热膨胀系数的大约50％以内。通常，绝缘体142的热膨胀系数为电容器部分14中的任何或所有其他材料的热膨胀系数的大约10％以内。理论上，所有的热膨胀系数应当基本相同。通过选择具有相似热膨胀系数的材料，从传感器10中读取的读出值因温度引起的变化将不会发生或相对小的。
提供一些示例性材料的热膨胀系数。INCONELTM 718大约为13E-6厘米/厘米/摄氏度或者为8E-6英寸/英寸/华氏度，MONELTM大约为14E-6厘米/厘米/摄氏度或者为7E-6英寸/英寸/华氏度，HASTELLOYTM大约为11-13E-6厘米/厘米/摄氏度或者为6-7E-6英寸/英寸/华氏度，不锈钢300系列(例如，不锈钢316或类似物等)大约为18E-6厘米/厘米/摄氏度或者为10E-6英寸/英寸/华氏度，不锈钢400系列大约为11E-6厘米/厘米/摄氏度或者为6E-6英寸/英寸/华氏度，铝大约为7E-6厘米/厘米/摄氏度或者为4E-6英寸/英寸/华氏度，镁橄榄石(fosterite)系列大约为10E-6厘米/厘米/摄氏度或者为6E-6英寸/英寸/华氏度，玻璃-云母COMPOSITE561TM大约为13E-6厘米/厘米/摄氏度或者为7E-6英寸/英寸/华氏度，玻璃-云母COMPOSITE410TM和555TM大约为11E-6厘米/厘米/摄氏度或者为6E-6英寸/英寸/华氏度。通过阅读本说明书以后，本领域技术人员将理解如何选择材料来减小由于温度变化而导致的严重的反作用的可能性。
在如图1所示的压力传感器10的操作中，压力传感器10可使隔膜156、参考侧环144、过程侧环147、以及壳146位于第一电位比如大约为接地电位。接线端(未示出)可连接到夹紧连接器102、电极组件12，或连接到两者。该接线端能够允许电连接到电极154的电极组件12具有和隔膜156不同的电位，该电位相对于隔膜156上的电位可以是正极性的或负极性的。此外，一个时变信号或电位可施加到电极组件12上。绝缘体142使得电极154电绝缘于隔膜156。应当避免电极组件12和参考侧环144或壳146之间的电连接。
图2示出了图1的压力传感器10内部的元件20的断面图。该元件20包括电极组件12、参考侧环144、以及绝缘体142，其中绝缘体142接触(主体部分上的)电极组件12和参考侧环144。在形成该元件20中，可以使用夹子、老虎钳或其他固定装置，以在模制操作中相对稳固的固定电极组件12和参考侧环144。通常，参考侧环144和电极组件12的至少某些部分位于模具中。参考侧环144的至少一部分侧面包围并空间分离于电极组件12的至少一部分，以形成间隔分离区。
注意到，参考侧环144的内表面和电极组件12的外表面可具有基本上变化的拓扑结构(topologies)。这些基本上变化的拓扑结构有助于密封该元件的参考侧使其与可能暴露于大气压的该元件的外侧隔离。这些基本上变化的拓扑结构可形成一个更长更复杂的空气、水或其他外部污染物迁移以达到隔膜156的参考侧上的真空区的路径。这也增强了部件之间的连接。可以使用蛇形的、锯齿形的、方波形的或任何其他形状的结构。该基本变化的拓扑结构可通过使用刳刨机或其他切削工具获得想要的形状而实现。注意到，该基本上变化的拓扑结构可在拓扑结构上进行改变，这些改变通常比磨光时用于参考侧环144和电极组件12的材料均分根表面粗糙度大。
一个可选玻璃密封22可沿参考侧环144和电极组件12的表面形成，如图2所示。在一个例子中，一种玻璃糊(glass paste)可用于改进环144和绝缘材料之间的金属-陶瓷密封。作为一个例子，New York.Valley Cottage的Aremco Products公司生产的GEC-100TM可用作该玻璃糊。该玻璃糊可在形成电极组件12和参考侧环144之间的间隙内的绝缘材料之前或之后被固化。然后，一种可模制绝缘材料24(例如，玻璃-云母COMPOSITE561TM或类似物)可被模制以位于参考侧环144和电极组件12之间。该绝缘材料24可具有相似于参考侧环144和电极组件12的热膨胀系数。紧接着该模制操作，可采用退火处理来改进元件20内部多个材料之间的密封的整体性。在一可选实施例中，用于绝缘142的可模制绝缘材料24和玻璃密封22的组合可以被上述玻璃-陶瓷材料所代替。
在一些应用中，当使用吸气材料106并温度激活该材料时，该激活温度可高达大约800摄氏度。选择用于元件20的材料以使得其能够承受瞬间热冲击。传感器10可在一个升高的温度(有时高于大约200摄氏度)运行也是很常见的。选择用于元件20的材料以使得其不会严重导致污染或漏气，其中该污染或漏气可能会在对隔膜参考侧抽真空时或当压力传感器10置于一个升高的温度时的后继处理工艺条件下发生。
参照图1，隔膜156参考侧通常带入一个非常低的压力。在许多情况下，该压力不会超过大约10微帕斯卡(microPa)或10-7托，通常小于1微帕斯卡或10-8托。在参考侧被抽真空后，夹紧连接器102可利用老虎钳一样的工具被冷焊接和密封。在该工具足够的压力之下，夹紧连接器102的金属将熔和在一起并焊合。可以使用密封该装置的其他方法。
图3示出了根据本发明一个可选实施例的可变电容测量装置30的断面图。可变电容测量装置30可用作力传感器、压力传感器或类似物等等。为简化，在整个说明书中，可变电容测量装置30被称为是压力传感器30。压力传感器30可包括夹紧连接器102以及电极组件32，两者可被相互焊接、铜焊或锡焊。
电极组件32可包括吸气外壳322、管子324以及电极部分326。该吸气外壳322用于容纳吸气材料306。该吸气材料306可被称为吸气剂，用于吸收或吸附在传感器30密封之后在隔膜156的参考侧的污染物或漏气。在该实施例中，隔膜156的参考侧包括在隔膜156靠近图3顶部的那一侧的压力传感器30的部分，而隔膜156的过程侧包括在隔膜156靠近图3底部的那一侧的压力传感器30的部分。在吸气材料的一个非限制性的例子中，可使用SAES吸气剂，其可从美国科罗拉多州的Colorado Springs的SAES Getters USA公司获得。吸气材料306被图3所示的保持件104和固体颗粒阻挡件308保持就位。此外，保持件104可以去除，并且在吸气外壳322或者夹紧连接器302上的轻微的紧压可以被用来帮助保持吸气材料306在正确位置。
固体颗粒阻挡件308可以位于吸气材料306的一侧，以减小来自吸气材料306的颗粒到达压力传感器30的隔膜156的可能性。固体颗粒阻挡件108可以包括金属丝筛网、烧结玻璃、薄膜等等。固体颗粒阻挡件108可以允许气体流过它，但是不允许吸气材料306中的很大的颗粒到达隔膜156或间隙150。
电极组件32可以进一步包括位于夹紧连接器102和绝缘体342之间的管子324。管子324的壁应该尽可能的薄。管子324可以具有比吸气外壳322的其余部分(其大部分被绝缘体342包围)的直径(宽度)小的直径(宽度)。类似于管子124，该管子324可减小任何施加到夹紧连接器102的外力传递到电容器部分34。如果电容器部分34在升高的温度运行，管子324帮助减小热损失并保护连接到夹紧连接器102的电子设备。
在一个非限制性实施例中，该电极组件32可以包括单块电极组件。所谓单块电极组件，意味着，电极组件由单块材料形成。电极组件的多个部分不通过螺纹、焊接、铆钉或类似物等而紧固。在一个可选实施例(未示出)，电极组件32可包括单个部件的组合。
电极部分326是电极组件32位于绝缘体342下面的部分。电极部分326具有面向隔膜156的电极表面328，相对于该电极表面328的非电极传感(上部)表面327，以及基本平行于电极表面328的侧表面329。这些表面的重要性将在后面的具体说明中描述。
电容器部分34可以包括绝缘体342、参考侧环344、过程侧环147、焊接预加工部145、外壳146、以及电极组件32位于隔膜156合绝缘体342顶部之间的部分，如图3所示。焊接预加工部145帮助保持焊接点的焊接热量并减小整个焊接功率，因此最小化这些部分的变形失真。环344、147以及隔膜156的焊接点基本上防止任何流体从隔膜156的过程侧流至间隙150。电极组件32具有一个开口和一个空心轴用来将隔膜156的参考侧抽成真空。
一个可选薄垫片352可以位于电极部分326和绝缘体342之间并接触它们。该薄垫片352可用于控制电极部分326相对于隔膜156的位置。该薄垫片352可以是固态材料，并可以是绝缘体或导电体。如果该薄垫片352是导电体，它应该分离于参考侧环344以防止电极部分326和隔膜156之间的短路。薄垫片352可具有大约75-100微米(3-4毫英寸(密耳))的厚度。
如果传感器30连接到一个使用等离子气体的过程设备，隔膜156的过程侧可以包括用来防止对传感器30的潜在损害的等离子罩158。过程管子148可以连接到电容器部分34的过程侧并可以是流动测量装置的一部分，或者作为用于测量系统中的力或压力的单独传感器。在一个具体、非限制性的实施例中，参考侧环344、过程侧环147以及隔膜156可以被相互焊接为子组件。该子组件可以被焊接到外壳146并使用焊接预加工部145。在这个实施例中，所有的金属-金属连接都是焊接的。
电容器部分34可包括用于压力传感器30的可变电容器结构。电极部分326、隔膜156、以及电极部分326和隔膜156之间的间隙150的组合可组成该用于压力传感器30的可变电容器结构。该电容是电极表面328的面积的函数。当隔膜156两侧的压力基本相同时，间隙150可能在大约50至250微米的范围内。
在一些实施例中，类似于压力传感器10，该压力传感器30可变型为差压传感器。例如，该差压传感器可用于测定所测定的压力在大气压以上或以下多少。该传感器30可通过除去夹紧连接器102、保持件104、以及吸气材料306而变型。固体颗粒阻挡件308可维持基本避免颗粒进入隔膜156或间隙150。参考侧可基本处于大气压，过程管148中的气体可高于或低于大气压。在其他实施例中，隔膜156的另一侧可以是大气压。可使电连接件连接到电极组件32，以提供期望电压或其他信号至电极部分326。另一个差压传感设备将在下面涉及质量流量控制器而描述。
现在指出压力传感器30的一些物理特性以注意它的一些优点。首先，压力传感器30和传统压力传感器相比具有相对小的尺寸。压力传感器30可以作得比压力传感器10还小，这时因为吸气材料306和固态障栅308的一部分或全部可以位于压力传感器30的电容器部分34。在一个非限制性实施例中，尺寸366不超过大约15毫米。在一个具体实施例中，宽度162大约为25毫米，尺寸164和366的组合的尺寸大约为25毫米。因此，可以制造出相对小的压力传感器30。压力传感器10的所有其他的示例性尺寸均可用于压力传感器30。
可以选择传感器30的材料，以使得许多电容器部分34中的材料具有比较一致的热膨胀系数并提供良好的密封。例如，电极组件32、参考侧环344、壳146、过程侧环147、过程管148、隔膜156以及等离子罩158可以由相同材料制成。如果压力传感器30在腐蚀性的环境下使用，该材料可以是铁镍合金，或包括铜、铬、钼、硅、钨中的任何一种或多种。示范例可包括INCONELTM，INCOLOYTM，MONELTM，HASTELLOYTM，不锈钢或类似物等。在一个具体实施例中，可以使用INCONEL718。电极组件32、参考侧环344、壳146、过程侧环147、过程管148、隔膜156以及等离子罩158中的任何一个或所有部件可以是电传导部分的例子。注意到，不同的材料可以用于不同的传导部分。
在另一个实施例中(未示出)，电容器部分34可包括一种或多个绝缘、电阻性的或半导体的材料。外壳的材料应包括热膨胀系数和绝缘体342的热膨胀系数相似的材料。如果任何一种或所有该绝缘、电阻性的或半导体的材料用于电容器部分34，可以进行单独的电连接以控制运行过程中隔膜156的信号或电位。导线或其他连接体(未示出)可电连接至隔膜156和过程管148，或其他外部导体。可以利用焊接、螺钉、铆钉、导电粘接剂或环氧树脂来制成连接至导线或其他连接体的电连接件。
绝缘体342包括热膨胀系数相似于电容器部分34的热膨胀系数的主绝缘材料。该绝缘体应是稳定的，以承受来自传感器制造过程中的应力和热量。
在一个实施例种，绝缘体342包括玻璃-陶瓷材料。该玻璃-陶瓷材料的例子包括包含至少一种非硅酸盐氧化物化合物，其中该非硅酸盐氧化物化合物包括氧化铝(Al2O3)，氧化钡(BaO)，氧化钴(CoO)，氧化硼(B2O3)，氧化锂(Li2O)，氧化钾(K2O)，五氧化二磷(P2O5)或类似物等等。在一个具体的非限制性的实施例中，该玻璃包括大约55-80重量百分比的二氧化硅(SiO2)。该非硅酸盐氧化物可用作掺杂物以影响绝缘材料的特性。特性之一为热膨胀系数。通过选择恰当的掺杂物和浓度，该玻璃-陶瓷的系数可调整到接近它所要接触的材料。美国专利Nos.4135936；4414282；以及5820989包含关于这些玻璃-陶瓷材料的成分和形成的更多细节，这些专利申请在此作为参考。玻璃-陶瓷材料的一些示范例为市场上可获得的来自Pennsylvania Duryea的Shott Glass Technologies公司的S-8070TM和S-8073TM。注意到，压力传感器10的绝缘体142可包括这些材料的任何一种。
玻璃-陶瓷材料的热膨胀系数在10E-6至20E-6厘米/厘米/摄氏度或者6E-6至10E-6英寸/英寸/华氏度的范围。压力传感器30中使用的其他材料的热膨胀系数在上面已经参照压力传感器10而说明了。在阅读了该说明书之后，本领域技术人员将理解如何选择材料来减小由于温度变化而导致的严重的反作用的可能性。
类似于压力传感器10，在如图3所示的压力传感器30的操作中，压力传感器30可使隔膜156、参考侧环344、过程侧环147、以及外壳146位于第一电位比如大约为接地电位。接线端(未示出)可连接到夹紧连接器102、电极组件32，或连接到两者。该接线端能够允许电连接到电极部分326的电极组件32具有和隔膜156不同的电位，该电位相对于隔膜156上的电位可以是正极性的或负极性的。此外，一个时变信号或电位可施加到电极组件32上。绝缘体142使得电极部分326电绝缘于隔膜156。应当避免电极组件32和参考侧环344或壳146之间的电连接。
图4示出了压力传感器30内部的元件40的断面图。该元件40包括夹紧连接器102、电极组件32、参考侧环344、以及绝缘体342，其中绝缘体342接触(主体部分上的)电极组件32和参考侧环344。电极组件32和参考侧环344的各自的表面422和444是基本平坦的。因为绝缘体342和表面422、444之间的连接是气密封的，所以不需要槽、通道或其他功能部件。还有，不需要一个单独的玻璃密封化合物。注意到，夹紧连接器102在形成绝缘体342时没有出现。
如果需要，表面422和444可成选择的锥形(未示出)。例如，如果间隙150的压力低于传感器30外部的环境压力，则电极组件32、环344或两者的宽度在靠近间隙150的地方较宽，在靠近夹紧连接器102的地方较窄。相反，如果间隙150的压力高于传感器30外部的环境压力，则电极组件32、环344或两者的宽度在靠近间隙150的地方较窄，以及在接触靠近夹紧连接器102的绝缘体的地方的宽度。
在形成该元件40中，可以使用夹子、老虎钳或其他固定装置，以在模制操作中相对稳固的固定电极组件32和参考侧环344。通常，电极组件32和参考侧环344的至少某些部分位于一个模具中。参考侧环344的至少一部分侧面包围并空间分离于电极组件32的至少一部分，以形成间隔分离区。薄垫片352可在操作中出现。在一个实施例中，薄垫片352比薄垫片152宽得多。
具有想要的浓度的掺杂物的绝缘材料加入到该模具中。进行热循环以将该绝缘材料转换为玻璃-陶瓷材料，并分别化学接合该绝缘体342至电极组件32和参考侧环344的表面422和444。该模具可具有可能接触到玻璃-陶瓷材料的石墨表面。该模具可被去除而不需要硅基喷雾。因此，可减小对污染物的担心。
图5中示出了形成该玻璃-陶瓷材料的热循环。该热循环包括一个达到大约1000摄氏度的斜坡，并保持在该温度达大约13分钟。在这段时间，绝缘材料可变软，并填入所需空间。因为该温度可能会接近或高于绝缘材料的流点，因此，薄垫片352可基本避免任何绝缘材料接触到电极部分326的上表面327和侧表面329。如果绝缘材料接触到表面327和329，当在部件之间出现一些热膨胀系数之间的不匹配时，将对电容产生不利影响。较宽薄垫片352(和薄垫片152相比)有助于减小表面327和329接触到绝缘体342的可能性。因为电极组件32可为单块电极组件，薄垫片352在玻璃-陶瓷材料形成过程中位于适当位置，因此，可实现隔膜156和电极表面328之间的更好的尺寸控制。
具有绝缘材料的部件可被冷却到大约650摄氏度，并保持在该温度达大约20分钟。在这段时间内，可形成玻璃-陶瓷材料晶体的成核点。温度可增加到大约850摄氏度，并保持在该温度达大约20分钟。在这段时间内，该晶体可从该成核点生长以形成多晶的玻璃-陶瓷材料。具有该玻璃-陶瓷绝缘体342的该元件40然后可被冷却。注意到，玻璃-陶瓷绝缘体342仍然是一种绝缘材料，但却具有具体的特性(例如，该玻璃-陶瓷是多晶的)。在整个热循环中，包括氮、惰性气体(例如，氦或氩)等等的惰性气体可被使用，以减小夹紧连接器102、电极组件32或环344中的不期望的金属氧化。
在元件40充分冷却后，它可在制造过程中和传感器30的其他部件组合在一起。参考侧环344、隔膜156、以及过程侧环147可彼此焊接。
在密封参考侧之前，传感器30可被烘烤以减小漏气。该用于烘烤的热循环可与用于吸气材料306的激活操作结合在一起。例如，热循环的第一部分(例如，烘烤部分)可在大约130-170摄氏度的温度范围内进行达大约50-80小时。在热循环的第二部分，该温度可被增加到大约230-270摄氏度的温度范围，并持续大约1-3小时。在一个具体的非限制性的实施例中，第一部分可在大约150摄氏度的温度进行达大约58小时，第二部分可在大约250摄氏度的温度进行达大约2小时。注意到，这两个部分是在一个热循环中进行的(例如，不需要在各部分之间冷却到大约室温(例如大约20-25摄氏度))。烘烤和激活循环可在同一个烤炉中进行。
将上述热循环和传统热循环比较。在传统过程中，烘烤和激活作为两个不同的操作进行。传感器可能在烤炉中要加热到大约150摄氏度达大约70小时。该传感器可被冷却到大约室温左右，并移到一个单独的无线电频率感应加热装置，该装置能够就地加热该吸气材料至大约600-900摄氏度达大约1-10分钟。虽然可使用传统方法，但是，对于当吸气材料306完全位于电容器部分34外部的情形，该传统方法需要的更多。
参照图3，隔膜156的参考侧通常带入一个非常低的压力。在许多情况下，该压力不会超过大约10微帕斯卡(microPa)或10-7托(Torr)，通常小于1微帕斯卡或10-8托。在对参考侧抽真空后，夹紧连接器102可利用老虎钳一样的工具被冷焊接和密封。在该工具足够的压力之下，夹紧连接器102的金属将熔和在一起并焊合。可以使用密封该装置的其他方法。
传感器30及其制造方法比传统的传感器及其制造方法更优。该玻璃-陶瓷材料可被化学接合到电极组件32和参考侧环344中的每个上。不需要单独的玻璃密封材料。该化学接合还允许使得相对平滑的壁用于电极组件32和参考侧环344。可选的，表面可略粗糙，以改进玻璃和金属表面之间的粘接，但这种粗糙度不会形成肉眼可见的至少一毫米深度的槽或通道。电极组件32和参考侧环344不需要槽或其他蜿蜒的图案结构而人为的增加用于水或其他污染物的移动路径。
所示的实施例的另一个优点在于，薄垫片352有助于保持绝缘材料342接触电极部分326的表面327和329。因此，当有部件之间的热膨胀系数的轻微不匹配时，当温度改变时电极部分326将保持相对的平坦，从而最小化了温度引起的电容变化。如果薄垫片352比电极部分326窄，制造上的可变性使得绝缘材料342在一些传感器中接触侧表面329，而在其他传感器中不接触侧表面329。这种可变性将大大影响可变电容器的电性能。
如上所述，传感器30可作得更小。电极组件32可具有一个没有槽或通道的片，并允许一个贯穿其中心的较宽开口。该较宽开口可使得吸气材料306至少部分地位于传感器30的电容器部分34中。因此，可进一步减小尺寸366。
可使用同一加热装置在同一加热循环中进行传感器30的烘烤和吸气材料306的激活。因为吸气剂激活操作作为传感器30的烘烤操作的一部分，从而减少了制造时间。此外，因为需要更少的设备并需要更少的操作员接触，从而实现了制造效率。此外，可避免潜在的误加工(跳过烘烤或激活操作之一)，因为进行两个操作均不需要烘烤和激活操作之间的人员接触。
图6示出了一种流量测量和控制装置60，比如质量流量控制器的示意图。流体可流过进口管622、主体624以及出口管626。虽然未示出，电子设备可施加到装置60并可连接到至主体624内部的控制器66。流体可被设计成流过阀门642和节流器646。节流器646包括节流孔、文氏管或类似物等等。两个压力传感器644和648，其类似于图1的传感器10或图3的传感器30，可位于节流器646的相对侧。流体的流量可通过节流器646两侧的压力差来确定。电信号传输到控制器66。通过获知管子直径、节流器646的类型(节流孔、文氏管等)以及节流器646的直径以及从传感器644和648读取的读数，控制器66或远程计算机就可以确定出通过装置60的流量了。可以通过调节阀门642来控制流量。在阅读了该说明书的所有内容之后，本领域技术人员将理解，可使用其他的流量测量或控制装置，并不同的构造这些装置。
图7示出了一种流量测量和控制装置70，比如质量流量控制器，的示意图，其中使用一个单一的差压传感器744(类似于上述的差压传感器)来代替图6中压力传感器644和648的组合。装置70可与干燥气体，包括清洁的干燥空气、氮气、氩气、氧气、氢气或类似物等等一起使用。传感器744的两端连接在沿节流器646的两个相对侧的点处。在该特定实施例中，隔膜的电极侧连接到节流器646的下游(低压)侧，以减小间隙150内冷凝形成的可能性。可以使用管子的电绝缘部分747来基本防止电极154电短路至外壳。可以使用大多数塑料和聚合物的管路。此外，可以使用玻璃或另一种陶瓷材料。流体的流量可通过节流器646两侧的压力差来确定。电信号可传输到控制器76。通过获知节流器前和节流器后的管子直径、节流器646的类型(节流孔、文氏管等)以及节流器646的直径，以及从传感器744读取的读数，控制器76或远程计算机就可以测出通过装置70的流量了。可以通过调节阀门642来控制流量。在阅读了该说明书的所有内容之后，本领域技术人员将理解，可使用其他的流量测量或控制装置，并不同地构造这些装置。
图8示出了包括散热片84和电子接线端82的压力传感器10的透视图。在该实施例中，热可被施加到传感器10的电容器部分14，以减小隔膜156的过程侧的冷凝形成的可能性。该电容器部分14的一些示例性温度可在大约40-200摄氏度的范围。散热片84可侧面包围管子124(图8中未示出)以协助散热，从而更少的热量被传递到外壳122和夹紧连接器102。这就使得连接到夹紧连接器102的电子设备保持在一个更低的温度。如果散热片84包括导电材料，散热片84应位于不会将电极组件12电短路至电容器部分14的参考侧环144或外壳146的位置。如果散热片84包括导热但不导电的材料比如氮化铝、FR4等等，就可以基本消除对电短路的担忧。该散热片84等可吸收吸气剂激活热并减小传递到电容器部分14的热量，因此基本消除了热冲击。在一个可选实施例中，可用压力传感器30代替压力传感器10。
在上述说明中，本发明参照具体实施例而被说明。然而，本领域技术人员将理解，可实施多种变型和改变而不脱离下面的权利要求所限定的本发明的范围。因此，这些说明和附图均是示例性的而不是限制性的，并且所有这些变型均应包含在本发明的范围之内。
上面已经参考具体实施例说明了本发明的好处、其他优点以及问题的解决方案。然而，这些好处、其他优点、问题的解决方案，以及会导致这些好处、其他优点、问题的解决方案发生或变得更加明显的要素，不构成任何一个或所有权利要求的关键的、必需的或必须的特性或要素。
这里所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”或其他变型词，均用于覆盖一种非排除性的内含物。例如，包括一系列要素的过程，物体，或装置并不是必须要限制为仅仅包括这些要素，还可以包括其他在这里没有列举的属于这些过程，物体，或装置的要素。进一步，除非有明确的相反定义，“或者”意为一种包含性的“或者”，而不意为一种排他性的“或者”。例如，条件A或者B在下面任何一个中均满足：A是对的(或存在的)以及B是错的(或不存在的)，A是错的(或不存在的)以及B是对的(或存在的)，以及A和B都是对的(或存在的)。

Claims (70)

1.一种可变电容测量装置，包括：
电极组件，其具有第一热膨胀系数；以及
绝缘材料，其具有第二热膨胀系数，其中：
该绝缘材料侧面包围该电极组件；以及
第二热膨胀系数在第一热膨胀系数的大约50％以内。
2.权利要求1的可变电容测量装置，进一步包括电容器外壳，其中该电容器外壳：
侧面包围该绝缘材料；以及
包含电连接到隔膜的传导部分。
3.权利要求2的可变电容测量装置，其中：
传导部分具有第三热膨胀系数；以及
第二热膨胀系数在第一和第三热膨胀系数的大约50％以内。
4.权利要求1的可变电容测量装置，进一步包括：
电极，其连接到电极组件；
传导部分；以及
连接到传导部分的隔膜，其中：
电极、隔膜以及电极和隔膜之间的间隙组成可变电容器；以及
电极和隔膜之间的距离处于大约50-250微米的范围内。
5.权利要求4的可变电容测量装置，进一步包括夹紧连接器，其中：
电极组件包括吸气剂外壳；以及
电极、吸气剂外壳以及夹紧连接器沿一共同轴排列。
6.权利要求5的可变电容测量装置，其中电极组件进一步包括位于该可变电容测量装置的吸气剂外壳和电容器部分之间的管子，其中：
吸气剂外壳具有吸气剂外壳宽度并通过管子与电容器部分间隔开；以及
管子具有小于吸气剂外壳宽度的管子宽度。
7.权利要求1的可变电容测量装置，其中电极组件包括包含铁和镍的合金，并且该绝缘材料选自玻璃-云母合成物和玻璃-陶瓷材料。
8.权利要求1的可变电容测量装置，进一步包括传导部分，其中：
传导部分具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；
电极组件具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；以及
该绝缘材料至少是绝缘体的接触传导部分和电极组件的表面的部分，其中绝缘体使传导部分与电极组件电绝缘。
9.一种可变电容测量装置，包括
电极；
吸气剂外壳；以及
夹紧连接器，其中电极、吸气剂外壳和夹紧连接器沿一共同轴排列。
10.权利要求9的可变电容测量装置，其中
吸气剂外壳具有吸气剂外壳宽度并是电极组件的一部分；
电极组件进一步包括管子；
该管子具有管子宽度并位于吸气剂外壳和电极之间；以及
管子宽度小于吸气剂外壳宽度。
11.权利要求10的可变电容测量装置，进一步包括侧面包围管子的散热片。
12.权利要求9的可变电容测量装置，进一步包括隔膜，其中：
电极、隔膜以及电极和隔膜之间的间隙组成可变电容器；以及
电极和隔膜之间的距离处于大约50-250微米的范围内。
13.权利要求9的可变电容测量装置，其中电极和吸气剂外壳包括包含铁和镍的合金，并且该绝缘材料选自玻璃-云母合成物和玻璃-陶瓷材料。
14.权利要求9的可变电容测量装置，进一步包括传导部分和绝缘体，其中：
传导部分具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；
吸气剂外壳是电极组件的一部分；
电极组件具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；以及
绝缘体接触传导部分和电极组件的表面，其中绝缘体使传导部分与电极组件电绝缘。
15.一种用于可变电容测量装置的元件，其中该元件包括：
传导部分，其具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；
电极组件，其具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；以及
绝缘体，其接触传导部分和电极组件的表面并将传导部分与电极组件电绝缘。
16.权利要求15的元件，其中电极组件和传导部分包括包含铁和镍的合金，并且该绝缘材料选自玻璃-云母合成物和玻璃-陶瓷材料。
17.权利要求16的元件，其中绝缘体包括玻璃密封和可模制的绝缘材料，其中玻璃密封位于可模制的绝缘材料与传导部分和电极组件中的至少一个之间。
18.权利要求15的元件，其中电极组件和传导部分包括合金，该合金包括铁和镍，并且该绝缘材料包括接触电极组件和传导部分的玻璃-陶瓷材料。
19.权利要求15的元件，其中：
电极组件具有第一热膨胀系数；
绝缘体具有第二热膨胀系数；
传导部分具有第三热膨胀系数；以及
第二热膨胀系数在第一和第三热膨胀系数中的至少一个的大约50％以内。
20.权利要求15的元件，其中：
电极组件包括吸气剂外壳和位于绝缘体和吸气剂外壳之间的管子；
吸气剂外壳具有吸气剂外壳宽度；
管子具有管子宽度；以及
管子宽度小于吸气剂外壳宽度。
21.一种用于可变电容测量装置的元件，其中该元件包括：
主体部分；
吸气剂外壳，其中
吸气剂外壳具有吸气外壳宽度；以及
吸气剂外壳与主体部分间隔开；以及
位于主体部分和吸气剂外壳之间的管子，其中管子的宽度比吸气剂外壳的宽度小。
22.权利要求21的元件，其中主体部分、吸气剂外壳以及管子包括包含铁和镍的合金。
23.权利要求21的元件，其中该元件进一步包括传导部分和绝缘体，其中：
传导部分具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；
主体部分具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；以及
绝缘体接触传导部分和主体部分的表面，并使传导部分与主体部分电绝缘。
24.权利要求23的元件，其中绝缘体包括玻璃密封和可模制的绝缘材料，其中玻璃密封位于可模制的绝缘材料与传导部分和主体部分中的至少一个之间。
25.权利要求23的元件，其中：
主体部分具有第一热膨胀系数；
绝缘体具有第二热膨胀系数；
传导部分具有第三热膨胀系数；以及
第二热膨胀系数在第一和第三热膨胀系数中的至少一个的大约50％以内。
26.权利要求21的元件，其中绝缘体包括接触传导部分和主体部分的玻璃-陶瓷材料。
27.一种用于可变电容测量装置的元件，其中该元件包括：
电极组件，其具有第一热膨胀系数；以及
绝缘材料，其具有第二热膨胀系数，其中：
该绝缘材料侧面包围该电极组件；以及
第二热膨胀系数在第一热膨胀系数的大约50％以内。
28.权利要求27的元件，其中绝缘材料包括玻璃-陶瓷材料。
29.权利要求28的元件，进一步包括侧面包围绝缘材料的电容器外壳，其中玻璃-陶瓷材料接触电极组件和电容器外壳。
30.权利要求27的元件，其中绝缘材料包括玻璃-云母材料。
31.权利要求30的元件，其中绝缘材料进一步包括玻璃密封，其位于电极组件和玻璃-云母合成物之间。
32.一种用于使用可变电容测量装置的过程，包括：
施加第一信号至电极、吸气剂外壳、以及夹紧连接器，其中电极、吸气剂外壳以及夹紧连接器沿一共同轴排列；
施加第二信号至隔膜；以及
测量包括电极和隔膜的电容器的电容。
33.权利要求32的过程，其中：
吸气剂外壳具有吸气剂外壳宽度并是电极组件的一部分；
电极组件进一步包括管子；
该管子具有管子宽度并位于吸气剂外壳和电极之间；以及
管子宽度小于吸气剂外壳宽度。
34.权利要求32的过程，其中第二信号为时变信号。
35.权利要求34的过程，其中第一信号大约处于接地电位。
36.权利要求32的过程，其中可变电容测量装置进一步包括绝缘材料，其中：
电极、吸气剂外壳包括包含铁和镍的合金；以及
绝缘材料选自玻璃-云母合成物和玻璃-陶瓷材料。
37.权利要求32的过程，其中可变电容测量装置进一步包括传导部分和绝缘体，其中：
传导部分具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；
吸气剂外壳是电极组件的一部分；
电极组件具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；以及
绝缘体接触传导部分和电极组件的表面，其中绝缘体使传导部分电极组件电绝缘。
38.权利要求32的过程，其中可变电容测量装置进一步包括：
具有第一热膨胀系数的电极组件，其中电极组件连接到电极；
具有第二热膨胀系数的绝缘材料；以及
具有第三热膨胀系数的电容器外壳，其中绝缘材料位于电极组件和电容器外壳之间；以及
第二热膨胀系数在第一和第三热膨胀系数中的至少一个的大约50％以内。
39.一种用于制造用于可变电容测量装置的元件的过程，包括：
将电极组件保持在相对固定的位置，其中该电极组件位于一个模具中；
将传导部分保持在相对固定的位置，其中该传导部分侧面包围电极组件并与电极组件间隔开，以形成一个间隔分离区；以及
模制绝缘材料以使其位于该间隔分离区。
40.权利要求39的过程，其中绝缘材料包括玻璃-云母合成物。
41.权利要求40的过程，其中电极组件和传导部分包括包含铁和镍的合金。
42.权利要求39的过程，进一步包括在模制绝缘材料之前将玻璃密封沿电极组件和传导部分的表面而设置。
43.权利要求39的过程，其中：
电极组件具有第一热膨胀系数；
绝缘材料具有第二热膨胀系数；
传导部分具有第三热膨胀系数；以及
第二热膨胀系数在第一和第三热膨胀系数中的至少一个的大约50％以内。
44.权利要求39的过程，其中：
电极组件包括吸气剂外壳、主体部分和位于吸气剂外壳和主体部分之间的管子；
吸气剂外壳具有吸气剂外壳宽度；
管子具有管子宽度；以及
管子宽度小于吸气剂外壳宽度。
45.权利要求39的过程，其中：
传导部分具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；
电极组件具有带有基本上变化的拓扑结构的表面；以及
绝缘体，其包括绝缘材料，接触传导部分和电极组件的表面。
46.一种用于可变电容测量装置的元件，包括：
电极组件，该电极组件包括具有第一宽度的电极部分；
包围电极组件的一部分的绝缘材料；以及
固态材料，其位于电极部分和绝缘材料之间，其中该固态材料具有比第一宽度宽的第二宽度。
47.权利要求46的元件，其中固态材料接触电极部分和绝缘材料。
48.权利要求46的元件，进一步包括电极组件内的吸气材料。
49.权利要求48的元件，其中绝缘材料包围吸气材料的至少一部分。
50.权利要求46的元件，其中电极组件是单块电极组件。
51.一种可变电容测量装置，其包括权利要求46的元件。
52.一种用于可变电容测量装置的元件，包括：
电极组件；
位于电极组件内的吸气剂外壳；以及
侧面包围电极组件和吸气剂外壳的一部分的环。
53.权利要求52的元件，其中：
电极组件是包括第一电极的单块电极组件；以及
环电连接到第二电极。
54.权利要求52的元件，进一步包括：
位于电极组件和环之间并和电极组件和环接触的绝缘材料；以及
绝缘材料包围吸气外壳的一部分。
55.一种可变电容测量装置，其包括权利要求52的元件。
56.一种用于可变电容测量装置的元件，包括单块电极组件，其中：
该单块电极组件包括电极部分；以及
电极部分具有电极表面。
57.权利要求56的元件，进一步包括：
位于单块电极组件内的吸气外壳；以及
包围吸气外壳一部分的绝缘材料。
58.一种可变电容测量装置，其包括权利要求56的元件。
59.一种形成用于可变电容测量装置的元件的方法，包括：
将环、电极组件、固态材料、以及绝缘材料的至少一部分放置在模具中，其中：
该电极组件包括具有第一表面的电极部分；
该电极部分具有第一宽度；以及
该固态材料具有比第一宽度宽的第二宽度；以及
加热该绝缘材料，其中该固态材料基本上防止绝缘材料接触电极部分的第一表面。
60.权利要求59的方法，其中加热在高于绝缘材料的流点的第一温度的条件下的第一部分期间进行。
61.权利要求60的方法，其中加热在低于第一温度的第二温度下，在第二部分期间进行，以形成绝缘材料内的晶体。
62.权利要求59的方法，其中电极部分具有与第一表面相对的电极表面。
63.权利要求59的方法，其中电极部分具有基本垂直于第一表面的电极表面。
64.一种形成可变电容测量装置的方法，包括：
形成权利要求59的元件的方法；
连接隔膜到环；
连接环到外壳；
在加热绝缘材料之后将吸气材料插入到电极组件中，其中：
绝缘材料包围吸气材料的一部分；以及
电极组件是单块电极组件；
固定吸气材料以使得它不会从电极组件上落下来；以及
在加热绝缘材料之后激活吸气材料。
65.一种形成用于可变电容测量装置的元件的方法，包括：
在环和电极组件之间放置绝缘材料；以及
使绝缘材料结晶以形成接触环和电极组件的玻璃-陶瓷材料。
66.权利要求65的方法，其中加热在高于绝缘材料的流点的第一温度的条件下的第一部分期间进行。
67.权利要求66的方法，其中加热在低于第一温度的第二温度下，在第二部分期间进行，以形成绝缘材料内的晶体。
68.一种形成可变电容测量装置的方法，包括：
权利要求65的方法；
连接隔膜到环；
连接环到外壳；
在加热绝缘材料之后将吸气材料插入到电极组件中，
其中玻璃-陶瓷材料包围吸气材料的一部分；
固定吸气材料以使得它不会从电极组件上落下来；以及
在使绝缘材料结晶之后激活吸气材料。
69.一种形成用于可变电容测量装置的方法，该装置包括吸气材料、电极组件、以及绝缘材料，其中该方法包括：
将吸气材料放置于电极组件内；以及
当吸气材料的一部分被绝缘材料包围时激活吸气材料。
70.权利要求69的方法的方法，进一步包括：
连接隔膜到环；
连接环到外壳；
在激活吸气材料之前固定吸气材料以使得它不会从电极组件上落下来。
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