DE10033182A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Druckmessung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Drucksensor (100) für ein Gasreibungsvakuummeter mit zwei relativ zueinander beweglichen, schwingfähigen Schwingelementen (20) beschrieben, die federnd an einem Basisteil (10) angebracht sind, wobei zwischen den Schwingelementen (20) ein Schwingspalt (25) gebildet ist, dessen Breite beim Schwingen der Schwingelemente (20) variiert, die Schwingelemente (20) Schwingerplatten (21, 22) sind, die jeweils über Schwingfedern (23, 24) mit dem Basisteil (10) verbunden sind, jede Schwingerplatte (21 bzw. 22) und die zugehörige Schwingerfeder (23 bzw. 24) eine ebene Seitenfläche bildet und die Schwingerplatten (21, 22) so am Basisteil (10) angebracht sind, dass zwischen den aufeinander zuweisenden Seitenflächen der Schwingspalt (25) gebildet wird und die Schwingerplatten (21, 22) in einer Richtung schwingfähig sind, die senkrecht auf den Seitenflächen steht. Es wird auch ein Regelverfahren zur Druckmessung mit einem Drucksensor beschrieben, bei dem ein Betriebsparameter einer Anregungseinrichtung ein Maß für den Messdruck ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckmessung, ins­ besondere einen Drucksensor für ein Gasreibungsvakuummeter, der ein Paar von Schwingelementen aufweist, und ein Verfahren zur Druckmessung mit einem Gasreibungsvakuummeter, insbesonde­ re unter Verwendung eines Drucksensors mit einem Paar von Schwingelementen.

Das Arbeitsprinzip von Gasreibungsvakuummetern ist allgemein bekannt. Ein Gasreibungsvakuummeter enthält einen Drucksensor mit einem Schwingelement, das in geringem Abstand unter Bil­ dung eines Spaltes von einem weiteren Schwingelement oder ei­ nem feststehenden Teil angeordnet ist. Der Spalt steht mit dem Messraum, in dem der Druck gemessen werden soll, in Verbin­ dung. Je nach dem Druck im Messraum werden die Schwingungsei­ genschaften von mindestens einem Schwingelement in charakte­ ristischer, messbarer Weise beeinflusst. Bekannte Bauformen von Drucksensoren für Gasreibungsvakuummeter werden im Folgen­ den erläutert.

Es sind Drucksensoren bekannt, bei denen der Druck aus der messbaren Abbremsung einer magnetisch aufgehängten Kugel (EP 146 647) oder eines im Messraum rotierenden Teils (EP 737 305) ermittelt wird. Diese Sensoren besitzen den Nachteil eines komplizierten und anfälligen Aufbaus. Des Weiteren ist die Signalauswertung kompliziert und zeitaufwendig. Aus DE-OS 40 40 601 ist ein Sensor mit einem Oszillator und einem Schwing­ quarz bekannt, bei dem der Druck aus dem messbaren Ausschwing­ verhalten des Schwingquarzes abgeleitet wird. Dieses Verfahren ist wegen des Zeitaufwandes zur Messwertgewinnung und wegen der aufwendigen Messwertauswertung nachteilig. Aus DE-OS 29 05 216 ist ein weiterer Drucksensor mit einem Flächenschwinger in Form einer Scheibe bekannt, die in einer Kapsel schwingende Schwenkbewegungen ausführen kann. Dieser Drucksensor ist wegen des eingeschränkten Druckmessbereiches und der für moderne An­ forderungen der Vakuumtechnik ungenügenden Genauigkeit der Druckmessung problematisch.

Aus DE-OS 43 00 893 ist ein mikromechanisch hergestellter Schwingungs-Drucksensor bekannt, der schematisch in Fig. 10 gezeigt ist. Der Drucksensor 100' enthält ein Schwingelement 20', das federnd an einem Basisteil 10' befestigt ist. Das Ba­ sisteil 10' ist als Distanzhalter zwischen zwei festen Platten 40' angeordnet. Das Schwingelement 20' besitzt eine geringere Dicke als das Basisteil 10' und kann zwischen den Platten 40' schwingen: Die Schwingungsfrequenz des Schwingelements 20' än­ dert sich mit hoher Empfindlichkeit in Abhängigkeit vom Druck im Spalt 25', der dem Druck im Messraum entspricht. Der Druck wird aus der jeweils gemessenen Resonanzfrequenz des Schwing­ elements 20' ermittelt.

Der aus DE-OS 43 00 893 bekannte Drucksensor besitzt die fol­ genden Nachteile. Die direkte Verbindung des Schwingelements mit dem äußeren Rahmen ist nachteilig, da eine Schwingungsent­ kopplung gegenüber der Umgebung nur über die Schwingerfeder erfolgen kann. Der herkömmliche Drucksensor besitzt am Fuß­ punkt des Schwingelements 20' einen relativ hohen Energieaus­ trag. Die Grenzgüte des Schwingelements 20', die ein Maß für die Abnahme der Schwingungsamplitude z. B. bei Anregung der Resonanzfrequenz ist, besitzt relativ geringe Werte (z. B. rund 10.000). Je größer die Eigendämpfung des Schwingelements ist, desto schwieriger ist jedoch die Druckabhängigkeit von Schwingungsparametern messbar. Andererseits werden auch äußere mechanische Schwingungen (Stöße, Vibrationen) direkt über den Rahmen auf das Schwingelement übertragen, so dass dessen Schwingungsverhalten unabhängig vom Druck beeinflusst wird. Der herkömmliche Sensor verhält sich wie ein Beschleunigungs­ sensor zur Körperschalldetektion. Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus dem herkömmlichen Messprinzip. Die druckabhängige Frequenzverschiebung liegt bei geringen Drucken im Sub-Hz- Bereich. Derart geringe Frequenzverschiebungen lassen sich nur mit hohen Integrationskonstanten erfassen. Es ergeben sich lange Messzeiten von ca. 10 s. Drucke unterhalb von 100 mbar sind nicht messbar. Ähnliche Sensoraufbauten mit den gleichen Nachteilen und zusätzlichen Beschränkungen aufgrund kompli­ zierter Kalibrierungstechniken sind aus DE 195 35 651 und EP 735 354 bekannt.

Aus den Publikationen von M. K. Andrews et al. in "Sensors and Actuators A", Band 36, 1993, Seite 79 ff. und 219 ff. sind Schwingungs-Drucksensoren bekannt, deren Schwingelemente durch Si-Diaphragmen gebildet werden. Diese Sensoren besitzen eben­ falls den Nachteil einer geringen Grenzgüte bzw. eines relativ hohen Energieaustrages am Rand der Diaphragmen. In diesen Pub­ likationen wird auch der sog. "Squeeze-Effekt" beschrieben. Als Squeeze-Effekt wird eine starke Verschiebung der Resonanz­ frequenz planarer Schwingelemente von Schwingungs- Drucksensoren bei höherem Druck bezeichnet. Die Ursache des Squeeze-Effekts besteht darin, dass bei höheren Drucken das Gas in Umgebung der Schwingelemente der Schwingungsbewegung nicht mehr folgen kann. Das Gas kann bei Verdrängung durch das Schwingelement nicht mehr entweichen. Es entsteht eine zusätz­ liche elastische Komponente, so dass die Federkonstante des Schwingelements scheinbar größer wird. Die Resonanzfrequenz steigt entsprechend stark an.

Ein weiteres Problem der Vakuumdruck-Messtechnik, das nicht nur Gasreibungsvakuummeter betrifft, besteht darin, dass bei großen Druckmessbereichen für höhere bzw. niedere Druck ver­ schiedene Sensoren mit jeweils angepassten Messprinzipien ver­ wendet werden müssen. Bspw. ist es bekannt, bei höheren Dru­ cken mit Wärmeleitungsmanometern und bei niederen Drucken mit Ionisationsvakuummetern zu messen. Aus EP 658 755 ist bekannt, dieses Problem mit einem Druckmessgerät zu lösen, das zwei Sensoren mit aneinander anschließenden Kennlinien besitzt. Für den Nutzer wird über einen großen Druckmessbereich mit einem Gerät der jeweils aktuellen Druckwert angezeigt. Dieses Mess­ gerät ist jedoch nachteilig, da es einen komplizierten Aufbau mit zwei getrennten Sensorteilen besitzt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Drucksen­ sor für einen Gasreibungsvakuummeter anzugeben, mit dem die Nachteile der herkömmlichen Drucksensoren überwunden werden. Der neue Drucksensor soll sich insbesondere durch eine hohe Genauigkeit, einen erweiterten Druckmessbereich und eine ver­ einfachte Messsignalauswertung auszeichnen. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein verbessertes Verfahren zur Druck­ messung mit einem Schwingungs-Drucksensor anzugeben, mit dem in einem erweiterten Druckmessbereich mit hoher Genauigkeit und kurzen Messzeiten Messwerte des Drucks in einem Messraum geliefert werden.

Diese Aufgaben werden durch einen Drucksensor bzw. Messverfah­ ren mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 16 oder 17 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Grundidee der Erfindung besteht in der Schaffung eines Drucksensors für einen Gasreibungsvakuummeter mit zwei relativ zueinander beweglichen, schwingfähigen Schwingelementen, die federnd an einem Basisteil angebracht sind, wobei jedes Schwingelement durch eine Schwingerplatte mit mindestens einer ebenen Seitenfläche gebildet wird und die Schwingerplatten über Schwingerfedern mit dem Basisteil derart verbunden sind, dass die zugehörigen Seitenflächen aufeinander zuweisen und zwischen den Seitenflächen ein Spalt gebildet wird, wobei die Schwingerplatten in einer Richtung schwingfähig sind, die senkrecht auf den Seitenflächen steht. Abweichend von den her­ kömmlichen Drucksensoren mit zwei stabförmigen Schwingelemen­ ten, die nach dem Stimmgabelprinzip arbeiten, basiert der er­ findungsgemäße Drucksensor auf der Verwendung des Schwinger­ plattenpaares, dass an einem Basisteil angebracht ist. Die Schwingerplatten und das Basisteil setzen sich aus zwei struk­ turierten, spiegelsymmetrischen Halbebenen zusammen. Dieser Aufbau ermöglicht eine erhebliche Verbesserung der Grenzgüte der Schwingelemente, indem eine relativ zum Spalt symmetri­ sche, gegenphasige Schwingung anregbar ist, bei der der Schwerpunkt des Schwingplattenpaares im Wesentlichen unverän­ dert bleibt und Drehmomente am Basisteil vermieden werden. Das Festlegen des Schwerpunktes vermindert die Anregung zusätzli­ cher Schwingungsmoden und damit den Energieaustrag.

Der erfindungsgemäße Drucksensor besitzt den Vorteil, dass mit den Schwingerplatten große Plattenflächen zur Verfügung ge­ stellt werden, die eine kapazitive Auswertung des Schwingungs­ zustandes vereinfachen und andererseits ein so geringer Schwingspalt gebildet ist, dass eine starke Druckabhängigkeit der Dämpfung, insbesondere im oberen Druckbereich, erzielt wird. Das Aspektverhältnis des Schwingelemente ist gegenüber den herkömmlichen Stimmgabel-Sensoren gerade umgekehrt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betrieb eines Schwingungs-Drucksensors mit zwei Schwingelementen, die zu symmetrischen, gegenläufigen Schwingungen entlang einer ge­ meinsamen Schwingungsrichtung angeregt werden.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung ist durch ein Verfahren zur Druckmessung gegeben, das vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Drucksensor angewendet, auf diesen je­ doch nicht beschränkt ist. Die Druckmessung zeichnet sich da­ durch aus, das bei einem Gasreibungsvakuummeter mit einem Paar schwingfähiger Schwingelemente der Druck durch Messen mindes­ tens eines elektrischen Betriebsparameters einer Anregungsein­ richtung der Schwingelemente ermittelt wird, wobei die Anre­ gungseinrichtung die Schwingelemente zu Schwingungen bei deren Resonanzfrequenz oder unterhalb der Resonanzfrequenz anregt. Bei niedrigen Drucken, bei denen der Squeeze-Effekt nicht wirksam ist, erfolgt die Anregung der Schwingelemente bei der druckabhängigen Resonanzfrequenz. Im Unterschied zur herkömm­ lichen Auswertung der Frequenzverschiebung der Resonanzfre­ quenz wird erfindungsgemäß bspw. die Erregerspannung zur Er­ zeugung der Resonanzschwingungen zur Druckermittlung verwen­ det. Bei höheren Drucken, bei denen der Squeeze-Effekt wirksam ist, erfolgt die Einstellung einer festen Bezugsfrequenz un­ terhalb der Resonanzfrequenz und eine Druckermittlung aus dem zur Einstellung dieser Bezugsfrequenz erforderlichen elektri­ schen Betriebsparameter (z. B. Erregerspannung). Überraschen­ derweise konnte mit diesem Druckmessverfahren ein linearer Zu­ sammenhang zwischen dem Logarithmus des Druckes und insbeson­ dere der geregelten Erregerspannung über mehrere Druckdekaden im Druckbereich von 10^-1 Pa bis 10⁴ Pa festgestellt werden.

Die Erfindung besitzt die folgenden weiteren Vorteile. Es wird erstmalig ein Drucksensor geschaffen, der über mehrere Druck­ dekaden einen linearen Kennlinienverlauf besitzt. Der Druck­ sensor besitzt eine extrem hohe Grenzgüte von über 100.000. Dies stellt gegenüber Grenzgütewerten herkömmlicher Drucksen­ soren im Bereich von ≦ 10.000 einen erheblichen Fortschritt dar. Die Verbesserung der Grenzgüte um eine Zehnerpotenz be­ deutet eine entsprechende Verringerung der Dämpfung, so dass die untere Druckmessgrenze entsprechend um eine Dekade erwei­ tert wird. Der Drucksensor kann aufgrund des unkomplizierten Messprinzips problemlos in automatisierte Messaufbauten integ­ riert werden.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des nasschemischen anisotropen Ätzens und Waferbondens zur Herstellung des erfin­ dungsgemäßen Schwingungs-Drucksensors. Die einzelnen Komponen­ ten mit typischen Dimensionen im µm-Bereich lassen sich mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit herstellen. Für die Herstellung kann eine einfache und sichere Prozessführung mit geringen Feststellungstoleranzen und geringem technologischem Aufwand verwendet werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Drucksensor wird eine elektrostati­ sche Anregung von Schwingungen mit einer kapazitiven Signalde­ tektion kombiniert. Letztere besitzt Vorteile in Bezug auf ei­ ne leistungsarme Ansteuerung, eine hohe Auflösung und eine gu­ te Prozesskompatibilität und Integrabilität. So sind bspw. im Unterschied zu verschiedenen herkömmlichen Sensoraufbauten keine zusätzlichen Piezo-Schichten oder Magnetfelder zur Schwingungsdetektion erforderlich.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnungen ersicht­ lich. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Drucksensors,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksen­ sors,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines Druck­ sensors gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksen­ sors,

Fig. 5 das Ergebnis einer Modalanalyse des erfindungs­ gemäßen Drucksensors gemäß Fig. 4,

Fig. 6 weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Drucksensors gemäß Fig. 2,

Fig. 7 Kurvendarstellung der Druckabhängigkeit des Schwingverhaltens der Schwingerplatten,

Fig. 8a ein Blockschaltbild zur Illustration des erfin­ dungsgemäßen Messverfahrens,

Fig. 9 Kurvendarstellungen mit Druckmessergebnissen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermit­ telt wurden, und

Fig. 10 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Schwin­ gungs-Drucksensors (Stand der Technik).

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf Ausführungs­ formen beschrieben, die mit Mitteln der Volumen-Mikromechanik aus Silizium und Siliziumoxiden aufgebaut sind. Die Umsetzung der Erfindung ist jedoch nicht auf derart hergestellte Senso­ ren beschränkt, sondern auch mit in Bezug auf das Herstel­ lungsverfahren, die Materialen und die Größenverhältnisse ab­ gewandelten Sensoren möglich.

Fig. 1 illustriert einen erfindungsgemäßen Drucksensor 100 in rasterelektronenmikroskopisch vergrößerter Perspektivansicht. Am Chiprahmen 30 ist ein Basisteil 10 befestigt, das die Schwingelemente 20 trägt. Die Komponenten 10, 20 und 30 sind jeweils aus zueinander spiegelsymmetrischen Teilen zusammenge­ setzt, die zu zwei Chipebenen gehören. Die Schwingelemente 20 umfassen zwei Schwingerplatten 21, 22, die über Schwingerfe­ dern 23, 24 mit dem Basisteil 10 verbunden sind (siehe Fig. 3). Das Basisteil 10 ist über Aufhängungsfedern 13, 14 am Chiprahmen 30 befestigt, der mit zwei Deckplatten (in Fig. 1 nicht dargestellt) ein Gehäuse für das Basisteil 10 mit den Schwingelementen 20 bildet.

Das schwingende System des Drucksensors 100 umfasst die Schwingerplatten 21, 22 mit den Schwingerfedern 23, 24. Das Basisteil 10 besitzt neben der Trägerfunktion auch die Aufgabe einer Schwingungsentkopplung gegenüber dem Chiprahmen 30. Der Aufbau aus den Deckplatten und dem Chiprahmen mit dem Basis­ teil und den Schwingerplatten bildet einen Vierschicht-Stapel. Die einzelnen Schichten sind eben. Die Schichtebenen umfassen in der Folge eine untere Deckebene, eine untere Chipebene, ei­ ne obere Chipebene und eine obere Deckebene. Im Folgenden wird eine zu den Schichtebenen parallele Bezugsebene als x-y-Ebene und die zur x-y-Ebene senkrechte Richtung wird als z-Richtung bezeichnet.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten des Drucksensors 100 gemäß Fig. 1 in schematischer Draufsicht bzw. Schnittansicht. Die Draufsicht (Fig. 2) illustriert eine Schichtebene (obere Chipebene) des Vierschicht-Aufbaus mit den jeweils oberen Tei­ len des Chiprahmens 30 und des Basisteils 10, der Aufhängungs­ feder 13, der Schwingerfeder 23 und der Schwingerplatte 21. Alle Teile der Schichtebene sind einstückig aus einem die­ lektrischen oder halbleitenden Plattenmaterial (z. B. einem einkristallinen Si-Wafer, siehe unten) hergestellt.

Der Chiprahmen 30 ist ein umlaufender rechteckiger Rahmen, von dessen einer Seite sich nach innen die Aufhängungsfedern 13 bzw. 14 zum Basisteil 10 erstrecken. An einer Außenkante ist der Chiprahmen 30 mit einer Halterung 31 des jeweiligen Mess­ aufbaus verbunden. Die äußeren Maße des Chiprahmens 30 betra­ gen bspw. 8.10.5 mm².

Die Aufhängungsfedern 13, 14 bestehen aus dem selben Material wie der Chiprahmen 30, besitzen aber eine geringere Dicke (siehe Fig. 3), so dass sie selbst eine elastische Aufhängung des Basisteils 10 bilden. Die Aufhängungsfedern 13, 14 sind bei der dargestellten Ausführungsform Schwingerfedern, die le­ diglich Schwingungen im z-Richtung erlauben. Sie bilden eine Schwingungsentkopplung des Basisteils 10 gegenüber dem Chip­ rahmen 30. Die Schwingungsentkopplung erfolgt sowohl von den Schwingerplatten zum Rahmen als auch umgekehrt. Ein besondere Vorteil der federnden Aufhängung des Basisteils ist die ver­ ringerte Unempfindlichkeit des Sensors gegenüber äußeren Schwingungen (stark gedämpfte Energieeintragung).

Das Basisteil 10 besteht aus zwei Komponenten 11, 12, die je­ weils Teil einer der beiden Chipebenen des Drucksensors 100 sind. Die Komponenten 11, 12 sind fest miteinander verbunden (z. B. geklebt, gebondet oder dergleichen). Die Komponenten 11, 12 besitzen in x-y-Richtung eine rechteckige Fläche, die entsprechend parallel zum äußeren Chiprahmen ausgerichtet ist. An der zur Rahmenmitte weisenden Seite des Basisteils 10 sind die Schwingerfedern 23, 24 angebracht, die wie die Aufhän­ gungsfedern 13, 14 einen verjüngten Abschnitt des Plattenmate­ rials in der entsprechenden Schichtebene darstellen. Die Schwingerfedern 23, 24 sind Plattenfedern, deren eine Seite sich über die Breite des Basisteils 10 erstreckt und deren an­ dere Seite jeweils in eine der Schwingerplatten 21, 22 über­ geht. Die Schwingerfedern besitzen bspw. eine Dicke von 120 µm, eine Breite von 2.9 mm und eine Länge (zwischen den Basis­ teilen und den Schwingerplatten) von 545 µm.

Die Schwingerplatten 21, 22 besitzen in x-y-Richtung eine rechteckige Gestalt, die entsprechend parallel zum Chiprahmen 30 ausgerichtet ist. Im Bereich der Schwingerplatten besitzt das Plattenmaterial, das die jeweilige Chipebene des Drucksen­ sors bildet, eine erhöhte Dicke, die vorzugsweise der Dicke der entsprechenden Komponente 11 des Basisteils 10 entspricht. Die Dimension (Fläche und Dicke) der Schwingerplatten wird an­ wendungsabhängig zur Einstellung einer bestimmten Eigenfre­ quenz eingestellt. Die Schwingerplatten besitzen bspw. eine Grundfläche von 2.3 mm und eine Dicke von ca. 300 µm.

Der Aufbau aus Basisteil 10, Schwingerfedern 23, 24 und Schwingelementen 20 wird vorzugsweise so im Chiprahmen 30 an­ geordnet, dass der Schwerpunkt des schwingenden Systems in der Mitte des Chiprahmens 30 liegt.

Fig. 3 illustriert, dass die zu den verschiedenen mittleren Schichtebenen (Chipebenen) gehörenden Teile des Chiprahmens 30, der Federn 23, 24, des Basisteils 10 und der Schwingele­ mente 20 über eine Zwischenschicht 32 bzw. 13 zueinander in z- Richtung deckungsgleich ausgerichtet und verbunden sind. Die Zwischenschicht bildet einen Abstandshalter zwischen den Schichtebenen derart, dass zwischen den zueinanderweisenden ebenen Seitenflächen der Schwingerfedern 23 bzw. 24 und der Schwingerplatten 21 bzw. 22 ein Spalt 25 gebildet wird. Der Spalt 25 ist der Schwingspalt des Drucksensors 100. Der Schwingspalt steht mit dem Messraum, dessen Druck gemessen werden soll, in Verbindung. Die Breite des Schwingspaltes 25 liegt bspw. im Bereich von 2 . . . 3 µm.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Breite des Schwingspaltes 25 nur einen Bruchteil der Seitenma­ ße der durch die Schwingerfedern und -platten gebildeten Sei­ tenflächen beträgt. Die Schwingspaltbreite ist um einen Faktor von mehreren Zehnerpotenzen (z. B. 10^-3) geringer als die cha­ rakteristischen Lateraldimensionen der Schwingerfedern und -platten. Diese geometrischen Verhältnisse besitzen besondere Vorteile in Bezug auf die Linearisierung der Kennlinie des Drucksensors und die Ausnutzung des druckabhängigen Squeeze- Effekts.

In Fig. 3 sind die Deckplatten 40 des Vierschicht-Aufbaus mit einer unteren Deckplatte 41 und einer oberen Deckplatte 42 dargestellt. Die Deckplatten 40 bilden mit dem Chiprahmen ein Gehäuse für das schwingende System und dienen auch als Träger von Anregungs- und Detektionselektroden 50 und Kompensations­ elektroden 60. Die Elektroden umfassen jeweils dünne Elektro­ denschichten (z. B. aus Aluminium, Dicke rd. 1 bis 1.5 µm), die auf den Innenseiten der Deckplatten 41, 42 angebracht sind. Die Anregungs- und Detektionselektroden 50 umfassen je­ weils eine Elektrodenschicht 51, 52, die zumindest teilweise den Schwingerplatten 21, 22 gegenüberliegend angeordnet sind. Die Elektrodenschichten 51, 52 dienen der elektrostatischen Anregung von Schwingungen der Schwingerplatten 21, 22 in z- Richtung und der kapazitiven Detektion des Schwingungszustan­ des (siehe unten). Die Kompensationselektroden 60 umfassen e­ benfalls zwei Elektrodenschichten 61, 62, die zumindest teil­ weise den Komponenten 11 bzw. 12 des Basisteils 10 gegenüber­ liegend angeordnet sind. Die Kompensationselektroden 60 sind zur Positionierung bzw. Vorspannung des Basisteils 10 gegen­ über dem Chiprahmen 30 vorgesehen, falls eine durch Herstel­ lungstoleranzen verursachte Asymmetrie zwischen den Halbebenen ausgeglichen werden muss.

Die Deckplatten 41, 42 besitzen auch Belüftungseinrichtungen 70 und Kontaktierungseinrichtungen 80. Es sind bspw. als Be­ lüftungseinrichtung auf jeder Seite mehrere durchgehende Be­ lüftungslöcher 71, 72, 73 und 74 vorgesehen, über die der Schwingspalt 25 bzw. der Innenraum des Drucksensors 100 mit dem Messraum in Verbindung steht. Die Kontakteinrichtung 80 umfasst ebenfalls Bohrungen 81, 82, 83 und 84 durch die Plat­ tenebene. Durch die Bohrungen 81 bis 84 stehen die Anregungs- und Detektionselektroden 50 in elektrischem Kontakt mit äuße­ ren Bondanschlüssen auf der Sensoroberfläche.

Zum Aufbau des Drucksensors 100 werden vorzugsweise folgende Materialien verwendet. Die beiden inneren Chipebenen bestehen aus einkristallinem Silizium. Zwei Wafer aus p-leitendem Sili­ ziummaterial mit einem spezifischem Widerstand im Bereich von 0.01 bis 0.05 Ωcm werden durch nasschemisches Ätzen struktu­ riert und anschließend durch Silizium-Direktbonden miteinander verbunden. Die Verwendung von Silizium besitzt den Vorteil, dass die inneren Chipebenen simultan als Leiterebenen und als bewegliche Elektrode benutzt werden können. Die gegenseitige elektrische Isolation erfolgt durch die Zwischenschichten 13 bzw. 33, die durch thermische Oxidation gebildet werden. Im Bereich der beweglichen Schwingerplatten 21, 22 kann eine iso­ lierende Oxidschicht mit einer Dicke von ca. 50 nm vorgesehen sein. Die Zwischenschichten 13, 33 besitzen eine Dicke im Be­ reich von ca. 2 bis 3 µm.

Zur Realisierung der (nicht dargestellten) elektrischen An­ schlüsse der mittleren Siliziumschichten nach außen werden Kontaktflächen aus Aluminium auf freiliegende Si-Bereiche auf­ gesputtert. Die freiliegenden Bereiche werden ggf. zur Besei­ tigung einer an Luft gebildeten Oxidschicht freigeätzt. Das aufgesputterte Aluminium bildet nach einer Kontakttemperung bei ca. 450°C einen guten ohmschen Kontakt zum Silizium. Über die Kontaktflächen werden die mittleren Siliziumschichten mit den zur Schwingungsanregung der Schwingelemente benötigten Spannungen beaufschlagt.

Die Deckplatten 41, 42 bestehen bspw. aus Glas oder auch aus Silizium. Die Verwendung von Silizium besitzt den Vorteil, dass thermische Spannungen im Sensoraufbau vermieden werden. Allerdings können durch Silizium-Deckplatten Parallelkapazitä­ ten gebildet werden, die die Messkapazitäten an den Detek­ tionselektroden überschreiten. Zur Vermeidung der Parallelka­ pazitäten sind ggf. zusätzliche Schirmebenen aus einkristalli­ nem Silizium oder planarisiertem Poly-Silizium vorgesehen. Zur Herstellung der Deckplatten aus Glas werden vorzugsweise ano­ disch bondbare Glässorten (z. B. "Pyrex" oder "Hoya") verwen­ det.

Die Chipebenen des erfindungsgemäßen Drucksensors können auch aus anderen Materialien hergestellt sein. Beispielsweise er­ möglicht Quarz ebenfalls ein Bonden der elektrischen Anschlüs­ se. Quarz besitzt den zusätzlichen Vorteil einer intrinsischen Ladungsträgergeneration, so dass beim Sensoraufbau auf Elekt­ roden verzichtet werden könnte. Es können auch; piezoelektri­ sche Materialien (z. B. Keramiken) oder piezoelektrisch be­ schichtete Materialien (z. B. Metall oder Keramiken) verwendet werden.

Beim Aufbau der Basis mit den Schwingelementen durch nassche­ misches anisotropes Ätzen von kristallinem Silizium können die Federsteifigkeit und Massen beider Schwingerarme dem Idealfall nahekommend übereinstimmen. In diesem Fall würde bei gegenpha­ siger Schwingungsanregung in z-Richtung keine Krafteinleitung über das Basisteil in den Chiprahmen erfolgen. Die Aufhän­ gungsfedern 13, 14 wären nicht erforderlich. Häufig entstehen jedoch durch Herstellungstoleranzen Unterschiede der Feder­ steifigkeiten und Massen der Schwingerarme. In diesem Fall dienen die Aufhängungsfedern 13, 14 der Aufnahme unkompensier­ ter Kräfte und Einstellung von Ausgleichsbewegungen, um die angegebenen hohe Grenzgüte zu erreichen und eine Dämpfung durch den Chiprahmen zu minimieren, und der Entkopplung von äußeren Erschütterungen.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 2 und 3 ist eine einseitige Aufhängung des Basisteils 10 am Chiprahmen 30 vor­ gesehen. Die einseitige Aufhängung ermöglicht eine Kraftein­ leitung in den Chiprahmen 30 in lateraler Richtung. Falls die­ se die Grenzgüte der Schwingelemente anwendungsabhängig zu stark einschränkt, kann eine zweiseitige Aufhängung des Basis­ teils 10 vorgesehen sein, die im Folgenden unter Bezug auf Fig. 4 erläutert wird.

Der Drucksensor 100 gemäß Fig. 4 ist hinsichtlich der Geomet­ rie, Dimensionen und Materialien im Wesentlichen wie der oben erläuterte Drucksensor aufgebaut. Allerdings ist das Basisteil 10 durch seitliche Aufhängungsfedern 15, 16 am Chiprahmen 30 befestigt. Die Aufhängungsfedern 15, 16 (Stabfedern) befinden sich an der Seite des Basisteils 10, an dem auch die Schwin­ gerfedern 23 bzw. 24 angebracht sind. Die Aufhängungsfedern 15, 16 erlauben die Bildung von Ausgleichsbewegungen sowohl in z-Richtung als auch in der x-y-Ebene. Die Aufhängungsfedern 15, 16 besitzen ein Aspektverhältnis von ca. 1 : 1.

In Fig. 5 ist das Ergebnis einer Modalanalyse der Schwinger­ platten 21 bzw. 22 illustriert. Es treten ausschließlich Schwingungen in z-Richtung (überhöht dargestellt) auf, so dass sich oszillierend die Breite des Schwingspaltes 23 verändert. Schwingungen in anderen Richtungen werden durch die Aufhän­ gungsfedern 15, 16 des Basisteils 10 gedämpft.

Fig. 6 zeigt weitere Einzelheiten erfindungsgemäßer Drucksen­ soren 100 unter Bezug auf die oben illustrierte erste Ausfüh­ rungsform. In den Draufsichten sind der Aufbau aus Basisteil 10 und Schwingelementen 20, die Belüftungseinrichtungen 70 und die Kontakteinrichtungen 80 erkennbar. Wie im rechten Teil von Fig. 6 dargestellt, ist der Drucksensor 100 in einem äußeren Führungsrahmen 90 befestigt, der aus einem elektrisch isolie­ renden Material, z. B. aus Keramik, besteht. Die Anregungs- und Detektionselektroden 50 und die Kompensationselektroden 60 sind jeweils mit Bondschichten 53 bzw. 63 verbunden.

Erfindungsgemäße Drucksensoren werden bspw. mit den an sich bekannten Strukturierungs- und Bondtechniken der Silizium- Technologie hergestellt. Ein besonderer Vorteil der mikrome­ chanischen Herstellung der Sensoren besteht darin, dass eine Vielzahl von Sensoren gleichzeitig auf einem Wafer herstellbar sind. Es können mehrere Sensoren unter identischen Strukturie­ rungsbedingungen hergestellt werden. Es ergeben sich gleich­ artige Kennlinien und eine hohe Reproduzierbarkeit.

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Druckmessung erläutert, die vorzugsweise mit dem oben beschriebenen Drucksensor durch­ geführt wird. Das Funktionsprinzip des Drucksensors beruht wie bei allen Gasreibungsvakuummetern auf dem Energieaustrag aus den oszillierenden Massen der Schwingerplatten durch das umge­ bende Gas. Je nach dem Druck der Schwingergeometrie und der Gasart wirken im interessierenden Druckbereich von 10^-1 Pa bis 10⁴ Pa unterschiedliche Dämpfungsmechanismen. Das Gas zwischen den Schwingerplatten bildet eine molekulare Strömung, einen viskosen Fluss oder einen dazwischen liegenden Übergangszu­ stand. Bei hohen Drucken trifft der Squeeze-Effekt auf.

Ein Simulationsergebnis der Amplituden- und Phasenlänge eines erfindungsgemäßen Drucksensors ist in Fig. 7 illustriert. Die obere Kurvendarstellung in Fig. 7 zeigt die druckabhängigen Verschiebung der Resonanzfrequenz des Drucksensors. Mit stei­ gendem Druck verringert sich die Schwingungsamplitude bei der Resonanzfrequenz. Parallel verschieben sich bei Durchlaufen der Resonanzfrequenz die Schwingungsphasen unter der Wirkung der inneren Reibung und der Kompression im verdünnten Gas.

Die Resonanzfrequenzen der Schwingelemente werden durch Simu­ lation ausgelegt und durch Messungen geprüft. Ausgehend von der Kenntnis des Amplituden- und Phasenganges des Sensorchips übernimmt eine entsprechend angepasste Schaltung die Auswer­ tung der kapazitiv gemessenen Schwingungsamplitude der Schwingelemente.

Das erfindungsgemäße Druckmessverfahren basiert darauf, den Drucksensor kontinuierlich bei niedrigen Drucken auf der Reso­ nanzfrequenz mit konstanter Schwingungsamplitude und bei hohen Drucken bei einer festen Bezugsfrequenz (Festfrequenz) unter­ halb der durch den Squeeze-Effekt verschobenen Resonanzfre­ quenz anzuregen. Die Festfrequenz beträgt z. B. 20 kHz. Die Nachregelung erfolgt laufend unter Verwendung eines PLL- Kreises. Für die niedrigen Drucke wird mit der PLL-Schaltung laufend die druckabhängige Resonanzfrequenz der Schwingelemen­ te gesucht (Maximierung der kapazitiv gemessenen Schwingungs­ amplitude). Bei der Resonanzfrequenz erfolgt eine Regelung der Erregerspannung der Schwingelemente (Schwingerplatten) derart, dass die kapazitiv gemessene Schwingungsamplitude einer vorbe­ stimmten konstanten Amplitude entspricht. Die zur Konstanthal­ tung der Schwingungsamplitude erforderliche Erregerspannung ist das Maß für den zu messenden Druck. Für die höheren Drucke erfolgt keine Nachregelung auf die Resonanzfrequenz, da diese durch den Squeeze-Effekt stark ansteigt. Wiederum ist die zur Konstanthaltung der Schwingungsamplitude bei der Festfrequenz erforderliche Erregerspannung das Maß für den zu messenden Druck. Die kapazitive Messung des Schwingungszustandes der Schwingelemente (Umsetzung der mechanischen Schwingung in eine Spannung) erfolgt durch die Verstärkung des Umladestromes der Detektionskapazitäten zwischen den Schwingerplatten einerseits und den Elektrodenschichten 51 bzw. 52 andererseits.

Der Umschaltpunkt zwischen den beiden Regelmethoden liegt z. B. bei 100 Pa und kann über die Plattengröße und die Spaltmaße des Schwingspaltes beeinflusst werden. Der Umschaltpunkt kann bei einem genügend engen Spalt auch eine Druckdekade höher liegen. Allgemein wird der Umschaltpunkt so gewählt, dass die Druckkennlinie linearisiert ist. Die Nachregelung der Amplitu­ de der Erregerspannung erfolgt kontinuierlich, so dass der un­ terschiedlich dämpfende Einfluss des zu messenden Gasdruckes ausgeglichen wird. Die Amplitude der Erregerspannung stellt daher ein Maß für den zu messenden Druck dar. Anstelle der Er­ regerspannung kann auch ein anderer Betriebsparameter (z. B. ein Leistungsparameter) der Anregungseinrichtung als Druckmass verwendet werden.

Die Schwingung der Schwingelemente wird elektrostatisch durch Anlegen einer elektrischen Wechselspannung an den Schwingele­ menten relativ zu den Elektrodenschichten 51, 52 angeregt. Die Phasen der beiden Erregerspannungen sind um 180° zueinander verschoben. Die Kraft, die jedem Schwingelement eingeprägt wird, ist, falls wie beim erfindungsgemäßen Schwingungs- Drucksensor die Schwingerplatten mit geringer Amplitude schwingen, so dass die Flächen der Elektroden und der Schwin­ gerplatte nahezu parallel zueinander bleiben, proportional zur Erregerspannung. Besitzt die Erregerspannung eine Frequenz Ω, so ergibt sich für die das einzelne Schwingelement antreibende Kraft die doppelte Frequenz 2Ω. Um die Schwingelemente auf der Resonanzfrequenz f_R anzuregen, ist die Frequenz der Erreger­ spannung auf 0.5 f_R einzustellen.

Aus der genannten Proportionalität zwischen eingeprägter Kraft und Amplitude der Erregerspannung (Anregungsspannung) ergibt sich auch ein frequenzunabhängiger Gleichanteil der Kraft, der die Schwingelemente aus der Nulllage heraus aufeinander zu­ zieht. Bei hohen Schwingungsamplituden kann es daher zu einem Anhaften der Schwingelemente kommen. Ggf. ist es daher erfin­ dungsgemäß vorgesehen, zusätzlich zu der Erregerspannung an die Elektrodenschichten 51, 52 eine Offsetspannung anzulegen. Die Offsetspannung enthält daher einen Wechselspannungsanteil, der gleichphasig zur Erregerspannung des gegenüberliegenden Schwingelements ist, und einen Gleichanteil, der der Maximal­ amplitude der Erregerspannung entspricht. Jedes der Schwing­ elemente wird somit mit einer Erregerspannung u_1/2 = +/- U₀ cos(ωt) und einer Offsetspannung (Kompensationsspannung) u_1/2,offs = U₀ +/- U₀, cos(ωt) beaufschlagt.

Da die Wechselspannungsanteile zwischen dem Schwingelement und der zugehörigen Elektrodenschicht 51 bzw. 52 von gleicher Amp­ litude, Frequenz und Phase sind, wird jeweils nur der Gleich­ spannungsanteil wirksam, der auch gleichzeitig zur Generation des Umladestroms durch die sich ändernde Kapazität dient. Der Umladestrom ist proportional zu 2Ωsin(2ωt). Bei Erregerspannun­ gen im Bereich von z. B. 60 mV bis 6 V ergeben sich Umlade­ ströme in der Größenordnung von 0.1 nA bis 10 nA. Um bei die­ sen geringen Stromwerten auswertbare Ausgangssignale zu erhal­ ten, erfolgt eine Signalkonditionierung in einer mehrstufigen Verstärkeranordnung mit einem rauscharmen I-U-Wandler am Ein­ gang, der über einen hohen Eingangswiderstand und eine niedri­ ge Eingangskapazität verfügt. Eine derartige Verstärkeranord­ nung ist als Blockschaltbild in Fig. 8 illustriert.

Fig. 8 zeigt die Einbindung des Drucksensors 100 mit den Schwingelementen 21, 23 bzw. 22, 24 und den Elektrodenschich­ ten 51 bzw. 52 in die Anregungshinrichtung 200 und die Ver­ stärkerschaltung 300. Die Anregungseinrichtung 200 enthält Spannungsquellen, die entsprechend den oben erläuterten Prin­ zipien angesteuert werden. Die Verstärkerschaltung 300 umfasst als erste Verstärkerstufe zwei Operationsverstärker 310, 320 und als zweite Verstärkerstufe einen Additionsverstärker 330. Die Operationsverstärker 310, 320 bilden I-U-Wandler, mit de­ nen die Umladeströme, die jeweils an den invertierenden Ein­ gängen der Operationsverstärker 310, 320 anliegen, mit Hilfe des Rückkoppelwiderstandes jeweils in eine Spannung u = iR sin(2ωt) umgesetzt werden. Die Umladeströme sind gleichphasig zueinander, besitzen aber 90° Phasenverschiebung und die doppelte Frequenz relativ zu der jeweiligen Erreger­ spannung. Die Ausgangsspannungen der Operationsverstärker 310, 320 werden mit dem Additionsverstärker 330 addiert. Die Ver­ stärkung des Additionsverstärkers ist bspw. im Bereich von 50 bis 60 einstellbar.

Die für die Schwingelemente vorgesehenen Kompensationsspannun­ gen werden über die jeweiligen nicht-invertierenden Eingänge der Operationsverstärker 310, 330 virtuell auf die Elektroden­ schichten 51 bzw. 52 gegeben. Dies ist möglich, da sich die gleichen Potentiale an den invertierenden Eingängen einstel­ len. Damit wird verhindert, dass die Kompensationsspannungen mit G = 10⁶ mitverstärkt werden, was eine Übersteuerung der Ope­ rationsverstärker zur Folge hätte. Die Potentiale der Kompen­ sationsspannungen liegen auch über die Rückkoppelwiderstände an den Ausgängen der I-U-Wandler 310, 330 an. Da sie aber ge­ genphasig zueinander und mit gegensinnigem Vorzeichen behaftet sind, löschen sich diese Spannungen am nachfolgenden Summati­ onspunkt aus.

Die Sensorkennlinie (Abhängigkeit der Erregerspannung vom ge­ messenen Druck) wird durch eine definierte Variation eines Messdruckes bei Aufrechterhaltung der Schwingungsamplitude der Schwingelemente erfasst. Eine Sensorkennlinie ist beispielhaft in Fig. 9 illustriert. Es zeigt sich die hervorragende Linea­ rität zwischen dem logarithmischen Druckverlauf und der zur Einstellung der Resonanzfrequenz erforderlichen Erregerspan­ nung.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirkli­ chung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltung von Bedeutung sein.

Claims (22)

1. Drucksensor (100) für ein Gasreibungsvakuummeter mit zwei relativ zueinander beweglichen, schwingfähigen Schwingelemen­ ten (20), die federnd an einem Basisteil (10) angebracht sind, wobei zwischen den Schwingelementen (20) ein Schwingspalt (25) gebildet ist, dessen Breite beim Schwingen der Schwingelemente (20) variiert, dadurch gekennzeichnet, dass

• - die Schwingelemente (20) durch Schwingerplatten (21, 22) ge­ bildet werden, die jeweils über Schwingerfedern (23, 24) mit dem Basisteil (10) verbunden sind,
• - jede Schwingerplatte (21 bzw. 22) und die zugehörige Schwin­ gerfeder (23 bzw. 24) eine ebene Seitenfläche bildet und die Schwingerplatten (21, 22) so am Basisteil (10) angebracht sind, dass zwischen den aufeinander zuweisenden Seitenflächen der Schwingspalt (25) gebildet wird, und
• - die Schwingerplatten (21, 22) in einer Richtung schwingfähig sind, die senkrecht auf den Seitenflächen steht.

2. Drucksensor gemäß Anspruch 1, bei dem ein Chiprahmen (30) vorgesehen ist, der das Basisteil (10) mit den Schwingerplat­ ten (21, 22) umgibt und an dem das Basisteil (10) so befestigt ist, dass die Schwingerplatten (21, 22) in der Mitte des Chip­ rahmens (30) angeordnet sind.

3. Drucksensor gemäß Anspruch 2, bei dem das Basisteil (10) mit Aufhängungsfedern (13, 14, 15, 16) federnd am Chiprahmen (30) befestigt ist.

4. Drucksensor gemäß Anspruch 3, bei dem die Aufhängungsfe­ dern (13, 14, 15, 16) für eine mechanische Entkopplung der Schwingerplatten vom Chiprahmen bei der Schwingungsfrequenz der Schwingerplatten ausgelegt sind.

5. Drucksensor gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem die Aufhän­ gungsfedern (13, 14, 15, 16) für eine mechanische Entkopplung des Chiprahmens von den Schwingerplatten bei äußeren Störfre­ quenzen der Umgebung des Drucksensors ausgelegt sind.

6. Drucksensor gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Aufhängungsfedern (13, 14) Plattenfedern sind, die eine fe­ dernde Bewegung des Basisteils senkrecht zur Ebene des Chip­ rahmens (30) ermöglichen.

7. Drucksensor gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Aufhängungsfedern (15, 16) Stabfedern sind, die eine federnde Bewegung des Basisteils in der Ebene des Chiprahmens (30) und senkrecht zu dieser ermöglichen.

8. Drucksensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, bei dem das Basisteil (10), die Schwingelemente (20), die Schwinger- und Aufhängungsfedern (13, 14, 15, 16, 23, 29) und der Chiprahmen (30) durch zwei spiegelsymmetrische, mindestens am Chiprahmen miteinander verbundene strukturierte Chipebenen gebildet werden.

9. Drucksensor gemäß Anspruch 8, bei dem jede Chipebene aus einem strukturierten Halbleitermaterial oder Quarz besteht.

10. Drucksensor gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem jede Chipebe­ ne aus kristallinem Silizium besteht.

11. Drucksensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 10, bei dem der Chiprahmen (30) zwischen zwei Deckplatten (40) angeordnet ist, die mit dem Chiprahmen (30) ein Gehäuse für das Basisteil (10), die Schwingelemente (20) und die Schwin­ ger- und Aufhängungsfedern (13, 14, 15, 16, 23, 24) bilden.

12. Drucksensor gemäß Anspruch 11, bei dem die Deckplatten (40) auf der Innenseite des Gehäuses Anregungs- und Detektion­ selektroden (50) zur elektrostatischen Anregung und zur kapa­ zitiven Detektion von Schwingungen der Schwingerplatten (21, 22) tragen.

13. Drucksensor gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem die Deck­ platten (40) auf der Innenseite des Gehäuses Kompensations­ elektroden (60) tragen, die eine Justiereinrichtung zur Posi­ tionierung oder Vorspannung des Basisteils (10) gegenüber dem Chiprahmen (30) bilden.

14. Drucksensor gemäß einem der Anspruch 11 bis 13, bei dem die Deckplatten (40) aus dem selben Material wie die Chipebe­ nen bestehen.

15. Drucksensor gemäß einem der Anspruch 11 bis 14, bei dem die Deckplatten (40) Belüftungseinrichtungen (70) aufweisen, die auf jeder Seite mehrere durchgehende Belüftungslöcher (71, 72, 73, 74) umfassen, über die der Schwingspalt (25) mit einem Messraum in Verbindung steht.

16. Verfahren zum Betrieb eines Schwingungs-Drucksensors mit zwei an einem Basisteil (10) angebrachten Schwingelementen (20), insbesondere eines Drucksensors (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schwingelemente (20) zu symmetrischen, gegenläufigen Schwingungen entlang einer ge­ meinsamen Schwingungsrichtung angeregt werden, wobei der Schwerpunkt der Schwingelemente (20) im Wesentlichen unverän­ dert bleibt und Drehmomente am Basisteil (10) vermieden wer­ den.

17. Verfahren zur Druckmessung in einem Messraum mit einem Gasreibungsvakuumeter, das mit einem Schwingungs-Drucksensor mit zwei an einem Basisteil (10) angebrachten, einen Schwing­ spalt (25) bildenden Schwingelementen (20), insbesondere einem Drucksensors (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, ausge­ stattet ist, wobei die Schwingelemente (20) elektrisch mit ei­ ner Anregungseinrichtung zu Schwingungen angeregt werden, dadurch gekennzeichnet, dass

• - die Schwingelemente (20) bei einer bestimmten Arbeitsfre­ quenz angeregt werden, die vom Druck im Messraum abhängig ist, wobei die Betriebsfrequenz bei niedrigen Drucken unterhalb ei­ nes Grenzdruckes der Resonanzfrequenz f_R der Schwingelemente (20) und bei höheren Drucken einer Festfrequenz unterhalb der Resonanzfrequenz f_R entspricht, und
• - der Druck aus mindestens einem elektrischen Betriebsparame­ ter der Anregungseinrichtung ermittelt wird, der zur Anregung einer vorbestimmten Schwingungsamplitude bei der Betriebsfre­ quenz erforderlich ist.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei der der Grenzdruck so ge­ wählt ist, dass Gas im Schwingspalt (25) unterhalb des Grenz­ drucks eine molekulare Strömung und oberhalb des Grenzdrucks einen viskosen Fluss bildet.

19. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem der Druck aus der Erregerspannung ermittelt wird, die zur Anregung der vor­ bestimmten Schwingungsamplitude erforderlich ist.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem ein linearer Zusam­ menhang zwischen dem Logarithmus des Druckes und der Erreger­ spannung über mehrere Druckdekaden gegeben ist.

21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem die Schwingelemente (20) mit der Anregungseinrichtung elektrosta­ tisch angeregt werden und die Schwingungsamplitude der Schwingelemente (20) kapazitiv gemessen wird.

22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem die Einstellung der Betriebsparameter der Anregungseinrichtung in einem PLL-Regelkreis erfolgt, indem der Betriebsparameter lau­ fend so eingestellt wird, dass die Schwingelemente (20) mit der Arbeitsfrequenz schwingen.