DE102014012918A1

DE102014012918A1 - Dual-Kapazitäts-Manometer mit kleinem Messvolumen

Info

Publication number: DE102014012918A1
Application number: DE102014012918.7A
Authority: DE
Inventors: Heinz Plöchinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2034-09-06
Also published as: DE102014012918B4; US20160069764A1; US9976922B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor zur Messung eines Fluiddrucks, insbesondere eines Vakuumdrucks, mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Membran, die so miteinander verbunden sind, dass sie ein Raumvolumen hermetisch dicht einschließen, wobei das Fluid dem von den Membranen umschlossenen Raumvolumen über wenigstens ein Fluidzuführungselement zuführbar ist und wobei jede der Membranen einer oder mehreren Bezugselektroden zugeordnet ist, die zusammen mit der Membran ein elektrisches Feld erzeugen, wobei eine durch eine Membranbewegung bedingte Änderung des elektrischen Feldes zur Messung des Fluiddrucks auswertbar ist, oder jede der Membranen zumindest zwei Bezugselektroden zugeordnet ist, die ein elektrisches Feld erzeugen, wobei eine durch eine Membranbewegung bedingte Änderung des elektrischen Feldes zur Messung des Fluiddrucks auswertbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor zur Messung eines Fluiddrucks, insbesondere eines Vakuumdrucks.
Aus der US 3484732 ist ein „Dual Range Pressure Sensor” bekannt, bei dem Drucksensoren unterschiedlicher Empfindlichkeit mit Dehnmess-Streifen mechanisch hintereinander angeordnet sind.
Die Schrift US 4785669 beschreibt ein Kapazitäts-Manometer mit einer Membran, die bei niedrigem Druck frei beweglich ist und sich bei höherem Druck anlegt und verformt.
Es werden weiters sogenannte „Dual Range Manometer” angeboten (z. B. MKS Type D27D), die einen zweiten Signalausgang aufweisen. Diese basieren jedoch auf ein und demselben Sensorsystem, wobei lediglich ein Teilbereich lupenartig mit einem bestimmten Verstärkungsfaktor ausgegeben wird.
Bekannt sind auch kapazitive Druckwandler ( EP 1218713 ) mit zwei Kammern, einer leitfähigen Membran und einer Elektrode, die elastisch über einen Stift mit dem Gehäuseelement verbunden ist.
Die Schriften EP 0990127 , EP1800099 , EP 1309840 und US 8333118 beschreiben kapazitive Druckwandler mit speziellen Abstandshaltern.
In der US 6837112 wird ein Kapazitäts-Manometer mit spezieller Elektroden-Ausformung beschrieben.
Die Schriften US 6425290 und US 8276457 offenbaren Drucksensoren mit zwei Membranen, wobei diese zur Erfassung von Differenzdruck dienen.
Die Erfindung hat zum Ziel, einen Drucksensor für Fluid-Absolutdruck oder Fluid-Differenzdruck zu schaffen, der einen sehr großen Messbereich, insbesondere von sechs bis sieben Zehnerpotenzen bei der Vakuum-Messung, gut reproduzierbar und langzeitstabil erfassen kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Drucksensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgezeigt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass beim bisherigen Stand der Technik die Auswertung der Kapazitätsänderung bei der Auslenkung von Membranen auf einen Bereich begrenzt ist, der bestenfalls vier bis fünf Zehnerpotenzen der Druckskala umfasst.
In vielen Anwendungen, speziell in der Halbleiter-Industrie, wird jedoch ein Messbereich über sechs bis sieben Zehnerpotenzen, z. B. bei Atmosphärendruck bis zu 10^–4 hPa, gefordert, wozu bisher die Montage von zwei getrennten Druckwandlern mit unterschiedlichen Messbereichen unerlässlich war.
Um diesen großen Messbereichsumfang mit nur einem Drucksensor zu erreichen, werden erfindungsgemäß zumindest zwei Membranen gleichzeitig mit dem selben Messdruck beaufschlagt. Vorzugsweise weisen die Membranen unterschiedliche Geometrien, insbesondere unterschiedlich große Oberflächen und/oder ganz oder teilweise unterschiedliche Wandstärken auf. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die jeweiligen Membran-Außenseiten einem gemeinsamen Referenz-Vakuum ausgesetzt sind.
Hierbei kann das Referenzvakuum innerhalb eines Gehäuses bereitgestellt werden, das die Membranen umgibt und das quasi eine Referenz-Druckkammer darstellt. Das Referenzvakuum kann dabei durch die Anbringung eines Getters stabil gehalten werden.
Ferner kann das Referenz-Vakuum durch eine Ionen-Getter-Pumpe („Orbitron”) erzeugt oder wieder hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung eines Kontroll-Sensors (Pirani) für das Referenz-Vakuum.
Die beiden Membranen liegen sich vorzugsweise parallel gegenüber und schließen einen minimalen Zwischenraum bzw. Messvolumen ein, das über eine kleine Öffnung bzw. einem Fluidzuführungselement mit dem Messdruck beaufschlagt wird. Die Membran-Rückseiten bewegen sich bei Erhöhung des Messdruckes auf Bezugselektroden zu, mit denen eine entsprechende Kapazitätsänderung erfassbar ist. Über Anschlussdrähte und hermetisch dichte Durchführungen werden die Signale der außen liegenden Auswerteschaltungen zugeführt. Optional können auf der Rückseite der Bezugselektroden (bspw. Elektrodenscheiben) bereits elektronische Auswerte-Chips angebracht sein. Eine weitere Option ist die Anbringung von Heizwendeln auf der Rückseite der Elektroden-Scheiben, um die gesamte Messvorrichtung auf einfache Weise zu thermisch regeln zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den 1 bis 8b gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
1 und 2 zeigen um 90 Grad zueinander versetzte Schnittdarstellungen durch einen erfindungsgemäßen Drucksensor. Über einen Vakuum-Flansch 21 und eine nachgeordnete Öffnung eines TO-Sockels 22 (Fluidzuführungselement bzw. Fluidabführungselement) erfolgt eine Verbindung des zu sensierenden Fluids mit einem senkrecht zur Anschlussfläche des Flansches 21 angeordneten, kleinen Mess- bzw. Fluidraum 12. Der Fluidraum 12 selbst wird begrenzt durch zwei Membranen 3 bzw. 5, mit hier beispielhaft rund ausgebildeten Membranrändern 23. Die beiden Membranen 3 bzw. 5 weisen vorzugsweise zueinander eine unterschiedliche Dicke auf.
Etwa parallel zur jeder der Membranen 3 bzw. 5 ist jeweils ein flächiger, elektrisch isolierender, vorzugsweise als Keramikscheibe ausgebildeter, Elektrodenträger 19 angeordnet, der an seiner der jeweiligen Membran 3 bzw. 5 zugewandten Fläche zumindest zwei Bezugselektroden aufweist. Mittels der Elektroden 8 und 9 (Elektrode 1 bzw. Elektrode 2) sind druckbedingte Änderungen der Abstände der elektrisch leitfähig ausgebildeten Membranen 3 bzw. 5 zu den Elektrodenträgern 31 kapazitiv messbar.
In ihren Randbereichen sind die beiden Membranen 3 bzw. 5 sowie die beiden Elektrodenträger 19 in festem Abstand zueinander mittels Abstandslagen 6 fixiert, wobei die Ränder der Membranen 3 bzw. 5 zueinander hermetisch dicht ausgebildet sind.
Die aus den Elektrodenträgern 19 und den Membranen 3, 5 gebildete Baueinheit ist umschlossen von einem Gehäuse mit einer Gehäusewandung 18, das einen Referenzraum 13 begrenzt, in dem ein konstant gewünschter Referenzdruck bzw. eine Vakuum-Referenz einstellbar ist.
In den Elektrodenträgern 19 sind Ausgleichsöffnungen 31 zur Herstellung eines Druckausgleichs zwischen dem Referenzraum 13 und dem zwischen den Elektrodenträgern 19 und den Membranen 3 bzw. 5 eingeschlossenen Bereich vorgesehen. Wenn der Messdruck in der Fluidzuführung höher ist, als der Druck in dem Referenzraum 13, wird bei niedriger Druckdifferenz zunächst die dünne Membran 5 in Richtung des dieser Membran 5 zugeordneten Elektrodenträgers 19 ausgelenkt. Steigt der Messdruck weiter, wird auch die dicke Membrane 3 in Richtung des dieser dicken Membran 3 zugeordneten Elektrodenträgers 19 ausgelenkt. Bei weiter steigendem Messdruck kann die dünne Membrane 5 am Elektrodenträger 19 anliegen und durch diesen abgestützt werden. In einem Überlappungs-Messdruckbereich sind also beide Membranen auslenkbar, ohne an einem Elektrodenträger anzuliegen.
Die Elektrodenträger 19 mit den Abstandslagen 6 können in vorteilhafter Weise auch elektromagnetisch abschirmend ausgebildet sein.
Die Einstellung des Referenzdruckes erfolgt über eine in dem Gehäuse 18 angeordnete, verschließbare Öffnung (Verschluss Referenzraum 16). Diese Öffnung kann bspw. in einem zweiten in dem Gehäuse integrierten TO-Sockel vorgesehen sein. Durch diesen TO-Sockel sind zudem bspw. Anschlussdrähte führbar, die der elektrischen Versorgung von Heizelementen einer Heizung 17 dienen, die auf den Elektrodenträgern 19 angebracht sind.
In 3 werden vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Merkmale des in 1 bzw. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drucksensors aufgezeigt.
So kann in einer Weiterbildung dem Fluideinlass 29 ein Partikelfilter 24 vorgeschaltet sein. Optional ist eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Auswerteelektronik 25 über Durchkontaktierungen in den keramischen Elektrodenträger 19 mit den Elektroden 8 bzw. 9 verbunden. Deren Signale werden über Zuleitungen bzw. Anschlussdrähte 20 an hermetisch abgedichtete Durchführungsstifte von Anschlüssen 28 für die außerhalb des Gehäuses liegende Steuerelektronik geführt. Über solche Durchführungsstifte kann weiters optional ein Piranisensor 27 zur Kontrolle des Drucks in dem Referenzraum angeschlossen sein. Weitere Optionen sind eine in die Gehäusewandung 18 integrierte Getterhalterung 14 und der bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls in die Gehäusewandung 18 gesetzte Evakuierungsanschluss bzw. Verschluss 16 für den Referenzraum 13.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Drucksensor mit kleiner Bauform dargestellt. Durch die parallel zur Flanschfläche angeordneten Membranen wird eine sehr geringe Bauhöhe erreicht. Treppenförmig gestufte Auflageflächen an dem Abstandshalter 32 erleichtern eine Montage der beiden Membranen 3 bzw. 5 mit dem erforderlichen fixen Abstand zueinander. Die Membran 3 ist in diesem Fall als Ringmembran ausgeführt. Der Abstandshalter 32 ist mit dem kelchartig ausgeformten Gehäuseunterteil, bspw. durch Schweißen, Löten oder Kleben, fest verbunden. Die dem Flansch nächstliegende Keramik 19 weist eine vorzugsweise mittig angeordnete Öffnung für die Durchführung des Fluideinlasses 29 zu einer der Membranen 3, 5 auf. Die Keramik 19 dient als Träger für die Elektroden 8 und 9. Durch eine oder mehrere geeignete, an dem Abstandhalter 32 vorgesehene Auflageflächen sind die unerlässlichen Abstände der beiden Keramiken 19 zu der jeweils zugeordneten Membran 3 bzw. 5 einstellbar, wobei die beiden Keramiken 19 mittels vorzugsweise federnden Klemmelementen 26 zwischen die Wandung des Gehäuses 18 und die genannten Auflageflächen eingespannt werden. Alle zwischen den Keramiken 19 und den Gehäuseinnenseiten liegenden Hohlräume sind vorzugsweise miteinander verbunden und bilden den Referenzraum 13.
Eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Fluideinlass 29 und einem Fluidauslass 30 zeigen die 5, 5a und 5b. Mit einer solchen Ausführungsform sind sowohl Absolutdruckmessungen als auch Durchfluss- und Differenzdruckmessungen möglich. Die flache, etwa dosenförmige Gehäuseform wird gebildet durch zwei beabstandet und parallel zueinander angeordnete Keramikscheiben 19 oder beliebig geformte Keramikplatten, die an ihren Rändern mit geeigneten Seitenwandungen 33 hermetisch dicht miteinander verbunden sind. Zwei ebenfalls beabstandet und parallel zueinander liegende Membranen 3 bzw. 5 unterschiedlicher Dicke sind an ihren Rändern gleichfalls hermetisch dicht miteinander verbunden. In zwei, bspw. gegenüberliegende Randbereiche des Membran-Innenraums führen röhrchenförmigen Elemente für den Fluideinlass 29 und den Fluidauslass 30 die mit dem Membranaufbau dicht verbunden sind. Diese röhrchenförmigen Elemente sind durch eine der Keramikplatten geführt und so an dieser Keramik dicht befestigt, dass die Röhrchen zudem als Abstandshalter für eine Einstellung des erforderlichen Abstands der Membranen 3, 5 zu den auf den Keramiken 19 angeordneten Elektroden 8 bzw. 9 dienen.
In den ein- oder mehrteilig ausgebildeten Keramiken 19 sind ferner Heizelemente der Heizung 17 integriert.
Dass ein erfindungsgemäßer Drucksensor allein durch aufeinandergeschichtete weitgehend plane Materialien gebildet werden kann, ist in den 6, 6a und 6b aufgezeigt. Das Schnittbild 6a zeigt den Aufbau eines derartigen Drucksensors. Von unten nach oben gesehen, folgt auf eine Grundplatte 1, bspw. aus Keramik mit aufgesetzten Elektroden 9 eine Abstandslage 2 und eine dicke Membranlage 3. Die Abstandslage 2 ist im Bereich der Membran 3 großflächig, bspw. kreisförmig ausgespart, um einen unteren Referenzraum 13 auszubilden, in den sich die Membran 3 bei Druckerhöhung hinein bewegen kann. Um einen geeigneten Messraum bzw. Fluidraum 12 auszubilden, ist die zweite Membran 5 durch eine weitere Abstandslage 4 zur ersten Membran 3 beabstandet angeordnet. Die Verbindung des Fluidraums 12 mit dem zu messenden Fluid erfolgt hier mittels bspw. kreisförmiger Öffnungen in den Baueinheiten 1, 2, 3 und 4. Auf die Abstandslage 4 ist die zweite Membran 5 aufgesetzt, die wiederum durch eine ausgesparte Abstandslage 6 von der die gesamte Baugruppe abschließenden Deckplatte 7 getrennt ist. Dabei bildet der durch die Aussparung erzeugte Zwischenraum einen oberen Referenzraum 13. Die Deckplatte 7 und die Grundplatte 1 weisen Elektroden 8 bzw. 9 auf, die jeweils mit der auf der zugehörigen Membran aufgebrachten Membranelektrode 10 kapazitiv zusammenwirken. Der obere und der untere Teil des Referenzraums 13 ist, wie aus den 6 und 6b ersichtlich, an zwei etwa gegenüberliegenden Seiten miteinander verbunden und über jeweils eine Öffnung von außen zugänglich. Eine der Öffnungen wird optional mittels einer Getterhalterung 14 mit Getter 15 versehen, die andere ist mit einem Verschluss 16 hermetisch verschließbar.
Weitere alternative Ausführungsformen mit kleiner Bauform zeigen die 7, 7a, 7b und 8, 8a, 8b, die sich insbesondere durch die unterschiedlichen, ätzbaren Schichtmaterialien unterscheiden. Zudem sind bei dem Ausführungsbeispiel 7 alle Anschlussöffnungen an einer Seite des Drucksensors angeordnet. Bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel liegen diese an gegenüberliegenden Flächen des Drucksensors.
Bezugszeichenliste

1: Grundplatte
2: Abstandslage
3: dicke Membran-Lage
4: Abstandslage
5: dünne Membran-Lage
6: Abstandslage
7: Deckplatte
8: Bezugselektrode, Elektrode 1
9: Bezugselektrode, Elektrode 2
10: Membran-Elektrode (oder Vollmetall-Membran)
11: Metallisierung
12: Fluidraum
13: Referenzraum, Referenz-Druckkammer
14: Getterhalterung
15: Getter
16: Verschluss Referenzraum bzw. Evakuierungsanschluss
17: Heizung, Heizelemente
18: Gehäuse, Gehäusewandung
19: Bezugselektroden-Träger, Keramik
20: Zuleitungen zur Heizung, Elektronik oder Elektroden
21: Vakuum-Flansch
22: TO-Sockel
23: Membranrand
24: Partikelfilter(-netz)
25: Auswerteelektronik im Referenzvakuum
26: Klemmung, direkt oder mit Federelement
27: Pirani-Sensor zur Referenzdrucküberwachung
28: Anschlüsse zur Steuerelektronik
29: Fluidzuführungselement, Fluid-Einlass
30: Fluidentnahmeelement, Fluid-Auslass
31: Ausgleichsöffnung
32: Abstandshalter
33: Seitenwandung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3484732 [0002]
US 4785669 [0003]
EP 1218713 [0005]
EP 0990127 [0006]
EP 1800099 [0006]
EP 1309840 [0006]
US 8333118 [0006]
US 6837112 [0007]
US 6425290 [0008]
US 8276457 [0008]

Claims

Drucksensor zur Messung eines Fluiddrucks, insbesondere eines Vakuumdrucks, – mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Membran (3, 5), die so miteinander verbunden sind, dass sie ein Raumvolumen hermetisch dicht einschließen, wobei – das Fluid dem von den Membranen umschlossenen Raumvolumen über wenigstens ein Fluidzuführungselement (29) zuführbar ist und wobei – jede der Membranen (3, 5) einer oder mehreren Bezugselektroden (8, 9) zugeordnet ist, die zusammen mit der Membran (3, 5) ein elektrisches Feld erzeugen, wobei eine durch eine Membranbewegung bedingte Änderung des elektrischen Feldes zur Messung des Fluiddrucks auswertbar ist, oder – jede der Membranen (3, 5) zumindest zwei Bezugselektroden (8, 9) zugeordnet ist, die ein elektrisches Feld erzeugen, wobei eine durch eine Membranbewegung bedingte Änderung des elektrischen Feldes zur Messung des Fluiddrucks auswertbar ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Membranen (3, 5) zumindest teilweise elektrisch leitfähig oder aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise mit hoher Dieelektrizitätskonstante, gebildet ist, und
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitend ausgebildete Teil der Membranen (3, 5) eine oder mehrere Membranelektroden (10) bildet, die zusammen mit einer oder mehreren Bezugselektroden (8, 9) das elektrische Feld erzeugen.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor mit einem, vorzugsweise wieder verschließbaren, Fluidentnahmeelement (30) ausgebildet ist, über das das Fluid aus dem von den Membranen (3, 5) umschlossenen Bereich abführbar ist.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidzuführungs- bzw. entnahmeelement (29 bzw. 30) bis auf die dafür vorgesehenen Entnahme- bzw. Zuführungsöffnung hermetisch dicht mit einer Membran (3 oder 5) bzw. einer der Verbindungsstellen zwischen den Membranen (3, 5) verbunden ist.
Drucksensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort der Einbindung des Fluidentnahmeelements (30) in den von den Membranen umschlossenen Bereich maximal von dem Ort der Einbindung des Fluidzuführungselements (29) in diesen Bereich beabstandet ist.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (3, 5) unterschiedliche Geometrien, insbesondere unterschiedlich große Oberflächen und/oder ganz oder teilweise unterschiedliche Wandstärken aufweisen.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder alle Membranen (3, 5) in entspanntem Zustand zumindest teilweise ebene Oberflächen aufweisen.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder alle Membranen (3, 5) ganz oder teilweise dreidimensional vorgeformt sind und insbesondere konvexe oder konkave oder wellige Strukturen aufweisen.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Membran (3 bzw. 5) zueinander etwa parallel oder geneigt angeordnet sind.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der Membranen (3, 5) rund, oval oder polygonförmig geformt sind.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand der jeweiligen Membranoberflächen bei Druckerhöhung zueinander vergrößert.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Membranen (3, 5) zumindest teilweise aus Kunststoff, Carbon oder Keramik, vorzugsweise aus Multilagen Keramik (LTTC oder HTTC), Silizium oder Glas, besteht.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektroden (10) auf und/oder in wenigstens einer der Membranen (3, 5) angeordnet oder integriert sind.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektroden (8, 9) außerhalb des von den Membranen (3, 5) umschlossenen Bereichs angeordnet sind.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektroden (8, 9) mit Bezugselektroden-Trägern (19), vorzugsweise aus Keramikmaterial bspw. Glaskeramik, verbunden sind, wobei die Bezugelektroden-Träger (19) und die Membranen (3, 5) mittels eines abgestuft ausgebildeten Abstandshalters (32) in vorbestimmten Abständen zueinander fixierbar sind.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute Position wenigstens einer der Bezugselektroden (8, 9) unabhängig vom Fluiddruck ist.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (3, 5) von einem Gehäuse (18) umschlossen sind, wobei die Bezugselektroden (8, 9) an Innenflächen des Gehäuses (18) angeordnet oder in die Oberflächen der Gehäuseinnenseiten integriert sind und zumindest Teile des Gehäuses (18) gleichzeitig Bezugselektroden-Träger (19) sind.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenbereich zwischen den Gehäuseinnenflächen und den dem Gehäuse (18) zugewandten Membranoberflächen eine Referenz-Druckkammer (13) bildet.
Drucksensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (3, 5) und die Bezugselektroden (8, 9) innerhalb der Referenz-Druckkammer (13) angeordnet sind, wobei das Fluidzuführungselement (29) bzw. das Fluidentnahmeelement (30) aus der Druckkammer (13) herausgeführt ist, um das zu messende Fluid, vorzugsweise mittels eines Anschlussflansches (21), zu- bzw. abzuführen.
Drucksensor nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz-Druckkammer (13), abgesehen von den Öffnungen des Fluidzuführungselements (29) bzw. des Fluidentnahmeelements (30), von einem hermetisch dichten Gehäuse (18) umgeben wird.
Drucksensor nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) dosenförmig mit vorzugsweise kreisrunder, ovaler, rechteckiger oder polygonförmiger Grundfläche und zueinander etwa parallel angeordnetem Deckel und Boden ausgebildet ist.
Drucksensor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Membran (3, 5) parallel zum Deckel und Boden des Gehäuses (18) angeordnet ist und sowohl das Fluidzuführungselement (29) als auch das Fluidentnahmeelement (30) aus dem Deckel oder dem Boden oder einem Teil einer Seitenwand (34) oder das Fluidzuführungselement (29) und das Fluidentnahmeelement (30) aus unterschiedlichen Wandteilen der Dose bzw. dem Gehäuse (18) herausgeführt sind.
Drucksensor nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor im Wesentlichen geschichtet übereinander angeordnete Bauteile, insbesondere eine Grundplatte (1), eine darüberliegende Abstandslage (2), eine erste Membran (3), eine weitere Abstandslage (4), eine zweite Membran (5), eine weitere Abstandslage (6) sowie eine Deckplatte (7) umfasst.
Drucksensor nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor im Wesentlichen übereinander angeordnete Schichten umfasst, nämlich – eine vorzugsweise aus Pyrex bestehende Grundplatte (1), – eine darüber im Ätzverfahren hergestellte erste, vorzugsweise aus Si bestehende Membran, – eine im Ätzverfahren hergestellte zweite, vorzugsweise aus Si bestehende Membran sowie – eine vorzugsweise aus Pyrex bestehende Deckplatte (7).
Drucksensor nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor im Wesentlichen übereinander angeordneten Schichten umfasst, nämlich – eine vorzugsweise aus Si bestehende Grundplatte (1), – einen darüber angeordneten Bezugselektroden-Träger aus SiO2, – eine Abstandslage (2) aus Si, eine darüber im Ätzverfahren hergestellte erste, vorzugsweise aus Si bestehende Membran (3), – eine im Ätzverfahren hergestellten zweite, vorzugsweise aus Si bestehende Membran (5), – eine weitere Abstandslage (6) aus Si, – einen weiteren Bezugselektroden-Träger aus SiO2 sowie – eine vorzugsweise aus Si bestehende Deckplatte (7).
Drucksensor nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektroden (8, 9) und die Membranelektroden (10) mittels Anschlussdrähten über hermetisch dichte Durchführungen an Auswerteschaltungen (25) angeschlossen sind, wobei die Auswerteschaltungen (25) zumindest teilweise in und/oder an der Gehäusewand (18) der Referenzdruck-Kammer (13) bzw. an der Deck- oder Grundplatte (7 bzw. 1) angeordnet sind oder innerhalb des Gehäuses (18), bspw. an den feststehenden Bezugselektroden-Trägern (19), vorzugsweise als integrierte Schaltung bzw. Chips, angebracht sind.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Referenzdruck-Kammer (13) regelbar ist, insbesondere durch regelbare Heizelemente (17), die innerhalb des Gehäuses (18), vorzugsweise an den Bezugselektroden-Trägern (19), angebracht sind.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdruck mittels eines vorzugsweise am oder im Gehäuse (18) angeordneten Getters (15) stabilisierbar ist und/oder durch wenigstens eine Ionen-Getter-Pumpe erzeugt wird oder wieder herstellbar ist.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdruck mittels eines Kontrollsensors, bspw. eines Piranisensors (27) überwachbar ist.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ab einem vorgebbaren Druck wenigstens eine der Membranen (3, 5) in der Referenzdruck-Kammer (13) durch geeignete Abstützung, bspw. an der Bezugselektrode und/oder deren Träger, zumindest teilweise an einer weiteren Verformung gehindert wird.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass Haltevorrichtungen für die Bezugselektroden-Träger (19) vorgesehen sind, die neben der Halteeigenschaft auch der elektromagnetischen Abschirmung dienen.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) des Sensors bzw. der Referenzdruck-Kammer (13) mit einer hermetisch dicht verschließbaren Evakuierungsöffnung (33) ausgebildet ist.
Drucksensor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass Innenseiten des Drucksensor-Gehäuses (18) im Bereich der Membranränder mit Ausbuchtungen versehen sind, die als Vakuumreservoir der Referenzdruck-Kammer (13) dienen.