DE102022102437A1

DE102022102437A1 - Korrekturverfahren für Dual-Kapazitäts-Manometer

Info

Publication number: DE102022102437A1
Application number: DE102022102437.7A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-02-02
Filing date: 2022-02-02
Publication date: 2023-08-03

Abstract

Ein Verfahren zur Korrektur eines Dual-Kapazitäts-Drucksensors zur Messung eines Fluiddrucks, weist auf: zu einem ersten Zeitpunkt, Durchführen von Messungen des Fluiddrucks basierend auf Bewegungen einer ersten Membran und einer zweiten Membran des Drucksensors; zu einem zweiten Zeitpunkt, Durchführen von Messungen des Fluiddrucks basierend auf Bewegungen der ersten Membran und der zweiten Membran; Bestimmen einer Veränderung der auf Bewegungen der ersten Membran basierenden Messergebnisse zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt; Bestimmen einer Veränderung der auf Bewegungen der zweiten Membran basierenden Messergebnisse zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt; Prüfen ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse allein auf einer Veränderung des Fluiddrucks basieren oder ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse auf Änderungen im Drucksensor zurückzuführen sind, und falls letzteres der Fall ist, Bestimmen einer Korrektur für die zum zweiten Zeitpunkt bestimmten Messergebnisse.

Description

Die Erfindung betrifft ein Korrekturverfahren für Drucksensoren zur Messung eines Fluiddrucks, insbesondere eines Vakuumdrucks, sowie einen Drucksensor, der das Korrekturverfahren ausführen kann.
Aus der US 3484732 A ist ein „Dual Range Pressure Sensor“ bekannt, bei dem Drucksensoren unterschiedlicher Empfindlichkeit mit Dehnmess-Streifen mechanisch hintereinander angeordnet sind.
Die Schrift US 4785669 A 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 Verstärkungsfaktorausgegeben wird.
Bekannt sind auch kapazitive Druckwandler ( EP 1218713 B1 ) mit zwei Kammern, einer leitfähigen Membran und einer Elektrode, die elastisch über einen Stift mit dem Gehäuseelement verbunden ist.
Die Schriften EP 0990127 B1 , EP 1800099 A2 , EP 1309840 B1 und US 8333118 B2beschreiben kapazitive Druckwandler mit speziellen Abstandshaltern.
In der US 6837112 B2 wird ein Kapazitäts-Manometer mit spezieller Elektroden-Ausformung beschrieben.
Die Schriften US 6425290 B2 und US 8276457 B2offenbaren Drucksensoren mit zwei Membranen, wobei diese zur Erfassung von Differenzdruckdienen.
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 und dessen Messwerte verlässlich korrigiert werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Korrekturverfahren für einen Drucksensor in der Form eines Dual-Kapazitäts-Manometers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Drucksensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Gegenstandes der Patentansprüche 1 und 9 sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgezeigt.
Beim bisherigen Stand der Technik ist die Auswertung der Kapazitätsänderung bei der Auslenkung von Membranen auf einen Bereich begrenzt, 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 in Dual-Kapazitäts-Manometern, wie sie in der DE 10 2014 012 918 B4 beschrieben werden zumindest zwei Membranen gleichzeitig mit dem selben Messdruck beaufschlagt.
Die Membranen weisen oft unterschiedliche Geometrien, insbesondere unterschiedlich gro-ße 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 lonen-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 thermisch regeln zu können.
Ein Verfahren zur Korrektur eines derartigen Drucksensors zur Messung eines Fluiddrucks, wobei der Drucksensor wenigstens eine ersten und eine zweiten Membran aufweist, die so miteinander verbunden sind, dass sie ein Raumvolumen hermetisch dicht einschließen und die unterschiedliche Geometrien aufweisen, 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, weist auf: Durchführen von Messungen des Fluiddrucks, um Messwerte zu bestimmen; Vergleichen der bestimmten Messwerte mit Referenzwerten; bei Abweichungen der Messwerte von den Referenzwerten über einen vorgegebenen Grenzwert hinaus, Ausgeben einer entsprechenden Meldung; bei Abweichungen der Messwerte von den Referenzwerten unterhalb oder bis zu dem vorgegebenen Grenzwert, Bestimmen einer Korrektur der Messwerte.
Dem Verfahren liegt also die Idee zugrunde, anhand von Abweichung von verschiedenen Referenzwerten festzustellen, ob sich die Sensorkonfiguration im Laufe der Zeit derart verändert hat, dass ein ausreichend genauer und/oder verlässlicher Betrieb des Sensors nicht mehr möglich ist. Ist dies der Fall, wird eine entsprechende Meldung ausgegeben, z.B. über eine kabelbasierte oder kabellose Kommunikationsverbindung, ein Display, einen Lautsprecher, über Warnlichter oder dergleichen. Im Sinne der vorausschauenden Instandhaltung („predictive maintenance“) kann einem Benutzer des Sensors also frühzeitig mitgeteilt werden, dass sich die Sensorqualität zunehmend verschlechtert und ein Austausch/eine Reparatur des Sensors notwendig ist, um einen qualitativ hochwertigen Betrieb zu gewährleisten.
Ist die Abweichung hingegen in einem Bereich, in dem es, z.B. basierend auf einem mathematischen Modell des Sensors, möglich ist, die Abweichungen vor der Ausgabe rechnerisch zu korrigieren, wird auf die Mitteilung verzichtet und die notwendige Korrektur vorgenommen. Dadurch kann der Sensor maximal lange in Betrieb bleiben. Alternativ kann auch in diesem Fall eine Mitteilung erfolgen, dass Korrekturen vorgenommen wurden. Der Sensor steht dann zwar noch funktionstüchtig im Betrieb, signalisiert aber schon den zu erwartenden Ausfall.
Das Verfahren kann im speziellen dadurch ausgeführt werden: zu einem ersten Zeitpunkt, Durchführen von Messungen des Fluiddrucks basierend auf Bewegungen der ersten Membran und der zweiten Membran, um die Referenzwerte zu erhalten; zu einem zweiten Zeitpunkt, Durchführen von Messungen des Fluiddrucks basierend auf Bewegungen der ersten Membran und der zweiten Membran, um die Messwerte zu erhalten; Bestimmen einer Veränderung der auf Bewegungen der ersten Membran basierenden Messergebnisse zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt; Bestimmen einer Veränderung der auf Bewegungen der zweiten Membran basierenden Messergebnisse zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt; Prüfen ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse allein auf einer Veränderung des Fluiddrucks basieren oder ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse auf Änderungen im Drucksensor zurückzuführen sind und falls letzteres der Fall ist, Bestimmen, ob die Abweichung oberhalb oder unterhalb des vorgegebenen Grenzwerts liegt, um zu bestimmen ob die Meldung ausgegeben wird oder die Messwerte korrigiert wer-den.
Dem Korrekturverfahren liegt dann der Gedanke zugrunde, die Tatsache zu nutzen, dass an beiden Membranen zum gleichen Zeitpunkt der gleiche Druck anliegt. Eine Druckänderung führt zu einer Änderung der Auslenkung jeder der Membranen und dadurch zu geänderten Messergebnissen. Zu verschiedenen Zeiten vorgenommene Messungen können also als Referenzwerte und als Messwerte dienen. Ist keine Korrektur dieser Messergebnisse nötig, folgen die Änderungen einer vorgegebenen Charakteristik, die entweder durch ein mathematisches Modell vorgegeben oder im Rahmen einer Kalibration bestimmt worden ist. Ist jedoch eine Korrektur von Nöten, d.h. sind die Änderungen der Messergebnisse über die Zeit nicht allein durch den sich ändernden Fluiddruck bestimmt, so führt dies aufgrund der unterschiedlichen Geometrien der Membranen zu unterschiedlich stark ausgeprägten Änderungen der jeweiligen Messergebnisse. Ein derartiges Verhalten der Messergebnisse deutet also auf Änderungen im Drucksensor hin. Diese können damit erkannt werden. Entsprechende Korrekturen können z.B. basierend auf einer Fehlerdiagnose oder auf einem mathematischen Modell bestimmt werden. Sind die Änderungen zu groß, wird dies gemeldet, um einen Austausch oder eine Reparatur des Sensors zu veranlassen.
Auf diese Weise lassen sich die Messwerte des Drucksensors überprüfen und/oder im laufenden Betrieb korrigieren. Dies ermöglicht einen maximal langen Betrieb des Sensors und gleichzeitig eine vorausschauende Instandhaltung.
Insbesondere kann geprüft werden, ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse auf einer Veränderung der Dicke der ersten und der zweiten Membran zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt zurückzuführen ist. Nimmt man an, dass die anfänglichen Dicken der Membranen bekannt sind, weist das physikalische System vier unbekannte Parameter auf: den Druck zum ersten Zeitpunkt, den Druck zum zweiten Zeitpunkt, die Änderung der Dicke der ersten Membran und die Änderung der Dicke der zweiten Membran. Diesen vier unbekannten Parametern stehen vier Messvorgänge entgegen: die Messungen mittels der ersten Membran zum ersten und zum zweiten Zeitpunkt sowie die Messungen mittels der zweiten Membran zum ersten und zum zweiten Zeitpunkt. Damit ist es bei entsprechender mathematischer Modellierung der Abhängigkeit der Auslenkung der Membranen vom Druck und ihrer geometrischen Form, d.h. unter anderem ihrer Dicke, im Prinzip möglich, die Änderungen der Dicke der Membranen zu bestimmen, die z.B. durch Ablagerungen des Messfluides an den Membranen vergrößert oder durch Anätzen der Membranen verringert wurde.
Gerade diese nahezu unausweichliche Verstimmung des Drucksensors lässt sich also mit dem beschriebenen Verfahren ohne zeitaufwändige Neukalibration oder Dekonstruktion des Drucksensors erkennen und ergänzend korrigieren, in dem z.B. auf die Mess-/Druckwerte ohne Dickenzuwachs zurückgerechnet wird.
Hierbei kann geprüft werden, ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse auf eine Änderung der Dicke der ersten und der zweiten Membran um den gleichen Betrag zurückzuführen sind. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass sich im gleichen Zeitraum die gleiche Menge Messfluid an beiden Membranen anlagert und damit den gleichen Dickenzuwachs verursacht. Die oben genannten vier unbekannten Parameter verringern sich dann auf drei: Dickenzuwachs und die Druckwerte zu den beiden Messzeitpunkten. Dies erleichtert sowohl die Prüfung der Richtigkeit, als auch optional ob eine Korrektur notwendig ist, als auch die Korrektur selbst.
Der Fluiddruck im Raumvolumen zum ersten Zeitpunkt und zum zweiten Zeitpunkt kann gleich sein, z.B. indem zu vorgegebenen Zeiten ein bekannter Druck angelegt und die Messungen durchgeführt werden. Ohne die Notwendigkeit von Korrekturen ändern sich in diesem Fall die Messergebnisse nicht. Ein Korrekturbedarf ist hier also besonders leicht zu erkennen. Zudem verringert sich die Anzahl der unbekannten Parameter, da zu beiden Zeitpunkten der gleiche, vorzugsweise bekannte Druck anliegt. Dies macht es im Rahmen einer mathematischen Modellierung einfacher, die sich ändernden Systemparameter, wie etwa die Dicke der Membranen zu bestimmen.
Das Verfahren kann zusätzlich oder alternativ folgendes aufweisen: Reduzieren des Drucks auf einen Druckbereich, der unterhalb des Auflösungsvermögens der Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen liegt; Bestimmen eines ersten Ausgabewertes für das über die Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen erzeugte elektrische Feld, wobei der erste Ausgabewert die Messwerte darstellt; Vergleichen des ersten Ausgabewerts mit einem zweiten Ausgabewert, der bei einem zuvor erfolgten Absenken des Druckbereichs unterhalb des Auflösungsvermögens bestimmt wurde, wobei der zweite Ausgabewert die Referenzwerte darstellt, die vorzugsweise ab Werk gespeichert sind.
Das Korrekturverfahren macht sich auf diese Weise die an sich bekannte Nullpunktkalibrierung von Kapazitätsmanometern zunutze. Im Rahmen der Nullpunktkalibrierung wird der Fluiddruck unter das Auflösungsvermögen des Kapazitätsmanometers gesenkt, vorzugsweise um eine bis zwei Zehnerpotenzen. Hat die Membran mit dem besseren Auflösungsvermögen z.B. ein Auflösungsvermögen von 10^-4 mbar so wird der Druck auf 10^-5 mbar oder 10^-6 mbar gesenkt. Hierzu wird das Messvolumen mit einer ausreichend starken Pumpe ausreichend lange leergepumpt, z.B. mit einer Turbomolekularpumpe. Da der hierbei erreichte Druck für die Membran nicht mehr auflösbar ist, kann eine Ausgabe der Messelektronik der Membran, die von Null abweicht, als neuer Nullpunkt gesetzt werden.
Wiederholt man die Nullpunktkalibration zu verschiedenen Zeitpunkten, so lässt sich bei total unveränderter Sensorstruktur erwarten, dass die Ausgaben der Messelektronik im Nullpunkt gleich sind. Abweichungen dieser Ausgabe deuten daher auf Änderungen im Sensor hin. Diese treten insbesondere auf, wenn zwischen Messungen im Messvolumen Atmosphärendruck herrscht, da hierdurch große Kräfte und entsprechend großer mechanischer Stress auf die Membran wirken. Abweichungen können aber auch durch Ablagerungen auf der Membran oder durch Temperaturunterschiede zwischen den Nullpunktkalibrierungen verursacht sein.
Durch verschiedene im Vorfeld durchgeführte Testreihen mit einer Mehrzahl von Sensoren, die unterschiedlichen Bedingungen hinsichtlich Druck, Temperatur und Fluidzusammensetzung ausgesetzt wurden, lässt sich ein Grenzwert für die Abweichungen zwischen verschiedenen Nullpunktkalibrierungen bestimmen, ab dem der Sensor nicht mehr die volle Genauigkeit und/oder Verlässlichkeit hat. Dies kann entsprechend signalisiert werden. Zudem lassen sich Parameterbereiche für Änderungen festlegen, die auf eine spezielle Art der Strukturveränderung im Sensor schließen lassen. Diese kann dann solange rechnerisch korrigiert werden, bis der Grenzwert für die Abweichungen überschritten wird. Auf diese Weise lässt sich eine vorausschauende Instandhaltung basierend auf einem Standardprozess wie der Nullpunktkalibrierung erreichen. Idealer Weise wird die Referenzmessung hierbei bei der Fertigung des Sensors vorgenommen und der darin bestimmte Wert der Nullpunktkalibrierung für spätere Vergleiche in einem Speicher hinterlegt.
Das Verfahren kann hierbei des Weiteren aufweisen: Setzen des ersten Ausgabewerts als Nullpunkt für die Messung des Fluiddrucks mit der Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen; Erhöhen des Fluiddrucks bis zu einem Anlagedruck, bei dem die Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen beginnt, auf der ihr zugeordneten Bezugselektrode anzuliegen, wobei der Anlagedruck die Messwerte darstellt; Vergleichen des derart bestimmten Anlagedrucks mit einem nach der Bestimmung des zweiten Ausgabewertes bestimmten Referenzanlagedruck, wobei der Referenzanlagedruck die Referenzwerte darstellt.
Der Sensor ist hierbei derart aufgebaut, dass die Membranen bei zunehmend steigendem Fluiddruck sich an die ihnen zugeordneten Bezugselektroden anlegen, wenn der Druck zu groß wird. Der Druck, bei dem die erste Berührung zwischen Membran und Bezugselektrode stattfindet ist hierbei durch die mechanischen Eigenschaften der Membran bestimmt und sollte sich im Idealfall nicht ändern. Zudem lässt sich der Anlagedruck gut bestimmen, da sich ab diesem Druck der Zusammenhang zwischen Druck und ausgegebener Kapazität ändert. Änderungen des Anlagedrucks können durch das Anlagern von Material auf der Membran auftreten oder auch durch Abätzen von Membranmaterial. Diese wird dadurch z.B. steifer oder weicher, wodurch sich der Anlagedruck erhöht oder erniedrigt.
Der Anlagedruck bietet also eine Möglichkeit zu prüfen, ob Materialablagerungen auf der Membran mit dem besseren Auflösungsvermögen vorhanden sind oder die Membran dünner geätzt wurde. Hierbei wird der Anlagedruck, z.B. bei der Fertigung des Sensors, in einer Referenzmessung nach Nullpunktkalibrierung gemessen. Nach einer weiteren Nullpunktkalibrierung wird der Anlagedruck wiederum gemessen. Weicht er vom Referenzwert ab, ist eine Korrektur der Messwerte notwendig. Weicht er um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert ab, ist ein verlässlicher Betrieb des Sensors nicht mehr möglich und eine entsprechende Warnung wird ausgegeben.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren nach der Nullpunktkalibrierung des Weiteren aufweisen: Setzen des ersten Ausgabewerts als Nullpunkt für die Messung des Fluiddrucks mit der Membran mit dem schlechteren Druckauflösungsvermögen; Erhöhen des Fluiddrucks bis zu einem Messdruck, bei dem die Membran mit dem schlechteren Druckauflösungsvermögen beginnt, einen von Null abweichenden Fluiddruck anzugeben, wobei der Messdruck die Messwerte darstellt; Vergleichen des derart bestimmten Messdrucks mit einem nach der Bestimmung des zweiten Ausgabewertes bestimmten Referenzmessdruck, wobei der Referenzmessdruck die Referenzwerte darstellt.
Ähnlich wie der Anlagedruck kann auch der Druck, ab dem die Membran mit dem schlechteren Druckauflösungsvermögen Messwerte ausgibt zur Prüfung der Integrität des Sensors verwendet werden. Die Membran mit dem schlechteren Auflösungsvermögen ist nämlich gegenüber Änderungen aufgrund von Materialablagerungen wesentlich unempfindlicher, da sie um ca. eine Größenordnung dicker ist als die Membran mit dem besseren Auflösungsvermögen. Es ist daher zu erwarten, dass der Druckwert, der von der Membran mit dem besseren Auflösungsvermögen ausgegeben wird, wenn die Membran mit dem schlechteren Auflösungsvermögen beginnt zu messen, nach einer Nullpunktkalibration stets der gleiche ist. Ergeben sich daher Verschiebungen in diesem Druckwert, lässt dies auf eine starke Beeinträchtigung des Sensors schließen. Somit kann auch dieser Zusammenhang im Rahmen einer vorausschauenden Instandhaltung bzw. einer Korrektur von Messwerten genutzt werden.
Ein Drucksensor zur Messung eines Fluiddrucks, wie er oben beschrieben wurde, kann eine Steuereinheit aufweisen, die geeignet ist, die oben beschriebenen Korrekturverfahren durchzuführen. Der Drucksensor weist also ein Steuergerät wie z.B. einen Mikrocontroller oder Prozessor auf, das in der Lage ist, die Messungen zu initiieren, durchzuführen, die Messergebnisse aufzunehmen und zu prüfen, daraus die notwendigen Meldungen und/oder Korrekturmaßnahmen abzuleiten und die korrigierten Messwerte auszugeben.
Hierbei kann zumindest eine der ersten und zweiten Membranen aus Zirkondioxid ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass Zirkondioxid-Membranen eine derart glatte Oberfläche aufweisen, dass eine Anlagerung von Messfluid an die Membranen reduziert wird. Der Drucksensor wird also weniger korrekturanfällig. Dieser Effekt wird zusätzlich verstärkt, wenn das Zirkondioxid mit Yttrium dotiert ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den 1 bis 12 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 Membran5 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 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 an geordnete 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 miteinanderverbunden. 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 Membran3 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.
In sämtlichen oben beschriebenen Drucksensoren kann zumindest eine der Membranen 3,5 aus Zirkondioxid ausgebildet sein. Diese Membran 3, 5 weist dann eine äußerst glatte Oberfläche auf, die eine Anlagerung von Bestandteilen des Messfluides an der Membran 3, 5 erschwert. Zudem ist Zirkondioxid chemisch wenig angreifbar und daher für widerstandsfähige Membranen geeignet. Eine Dotierung des Zirkondioxids mit Yttrium kann die oben genannten Effekte noch zusätzlich verstärken.
Insbesondere hat Zirkondioxid ein kleineres E-Modul als beispielsweise Aluminiumoxid und ist gut chemikalienbeständig und langzeitstabil. Eine Membran aus Zirkondioxid bietet damit eine höhere Empfindlichkeit als eine Membran aus Aluminiumoxid. Zudem weist eine Zirkondioxid-Membran eine glattere Oberfläche auf als eine Aluminiumoxid-Membran. Dies ist unter anderem durch die kleinere Korngröße von Zirkondioxid begründet.
Ein Korrekturverfahren, das mit jedem der oben beschriebenen Drucksensoren im Überlappungs-Messdruckbereich durchgeführt werden kann, ist in der 9 schematisch dargestellt.
Bei S101 werden Messungen des Fluiddrucks durchgeführt, um Messwerte zu bestimmen. Bei S102 werden die bestimmten Messwerte mit Referenzwerten verglichen.
Bei Abweichungen der Messwerte von den Referenzwerten über einen vorgegebenen Grenzwert hinaus, wird bei S103 eine entsprechende Meldung ausgegeben. Bei Abweichungen der Messwerte von den Referenzwerten unterhalb oder bis zu dem vorgegebenen Grenzwert, wird bei S104 eine Korrektur der Messwerte bestimmt.
Auf diese Weise lässt sich ein maximal langer Betrieb des Sensors mit einer vorausschauenden Instandhaltung vereinen.
Die 10 zeigt schematisch ein Beispiel für das Verfahren der 9. Bei S201 werden zu einem ersten Zeitpunkt Messungen des Fluiddrucks basierend auf Bewegungen der ersten Membran und der zweiten Membran durchgeführt, um die Referenzwerte zu erhalten.
Bei S202 werden zu einem zweiten Zeitpunkt Messungen des Fluiddrucks basierend auf Bewegungen der ersten Membran und der zweiten Membran durchgeführt, um die Messwerte zu erhalten.
Bei S203 wird eine Veränderung der auf Bewegungen der ersten Membran basierenden Messergebnisse zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt bestimmt.
Bei S204 wird eine Veränderung der auf Bewegungen der zweiten Membran basierenden Messergebnisse zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt bestimmt.
Bei S205 wird geprüft, ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse allein auf einer Veränderung des Fluiddrucks basieren oder ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse auf Änderungen im Drucksensor zurückzuführen sind. Falls letzteres der Fall ist, wird bestimmt, ob die Abweichung oberhalb oder unterhalb des vorgegebenen Grenzwerts liegt, um zu bestimmen ob die Meldung ausgegeben wird oder die Messwerte korrigiert werden.
Auf diese Weise lässt sich in einfacher und verlässlicher Weise bestimmen, ob die Messwerte der oben beschriebenen Drucksensoren korrigiert werden müssen.
Ein weiteres Beispiel für das Verfahren aus 9 ist in der 11 gezeigt. Bei S301 wird der Drucks auf einen Druckbereich reduziert, der unterhalb des Auflösungsvermögens der Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen liegt.
Bei S302 wird ein erster Ausgabewertes für das über die Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen erzeugte elektrische Feld bestimmt, wobei der erste Ausgabewert die Messwerte darstellt.
Bei S303 wird der erste Ausgabewert mit einem zweiten Ausgabewert verglichen, der bei einem zuvor erfolgten Absenken des Druckbereichs unterhalb des Auflösungsvermögens bestimmt wurde, wobei der zweite Ausgabewert die Referenzwerte darstellt.
Auf diese Weise kann die Nullpunktkalibrierung zur Prüfung des Sensors und für vorausschauende Instandhaltung genutzt werden.
Aufbauend auf das Verfahren der 11 kann auch das Verfahren der 12 genutzt werden, um das Verfahren der 9 zu verwirklichen.
Bei S401 wird der erste Ausgabewert als Nullpunkt für die Messung des Fluiddrucks mit der Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen gesetzt.
Bei S402 wird der Fluiddruck bis zu einem Anlagedruck erhöht, bei dem die Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen beginnt, auf der ihr zugeordneten Bezugselektrode anzuliegen, wobei der Anlagedruck die Messwerte darstellt.
Bei S403 wird der derart bestimmte Anlagedruck mit einem nach der Bestimmung des zweiten Ausgabewertes bestimmten Referenzanlagedruck verglichen, wobei der Referenzanlagedruck die Referenzwerte darstellt.
In diesem Fall kann der Anlagedruck verwendet werden, um die Integrität des Sensors zu prüfen. Ebenso könnte auch der Druck, bei dem die Membran mit dem schlechteren Auflösungsvermögen beginnt, von Null verschiedene Messwerte auszugeben verwendet werden, um Messwerte mit Referenzwerten zu vergleichen und dadurch Aussagen über die Fehleranfälligkeit des Sensors bzw. einen notwendigen Austausch/eine notwendige Reparatur zu erhalten.
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
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3484732 A [0002]
US 4785669 A [0003]
EP 1218713 B1 [0005]
EP 0990127 B1 [0006]
EP 1800099 A2 [0006]
EP 1309840 B1 [0006]
US 8333118 [0006]
US 6837112 B2 [0007]
US 6425290 B2 [0008]
US 8276457 [0008]
DE 102014012918 B4 [0014]

Claims

Verfahren zur Korrektur eines Drucksensors zur Messung eines Fluiddrucks, wobei der Drucksensor wenigstens eine ersten und eine zweiten Membran (3, 5) aufweist, die so miteinander verbunden sind, dass sie ein Raumvolumen hermetisch dicht einschließen und die unterschiedliche Geometrien aufweisen, 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, das Verfahren aufweisend: Durchführen von Messungen des Fluiddrucks, um Messwerte zu bestimmen; Vergleichen der bestimmten Messwerte mit Referenzwerten; bei Abweichungen der Messwerte von den Referenzwerten über einen vorgegebenen Grenzwert hinaus, Ausgeben einer entsprechenden Meldung; bei Abweichungen der Messwerte von den Referenzwerten unterhalb oder bis zu dem vorgegebenen Grenzwert, Bestimmen einer Korrektur der Messwerte.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren aufweisend: zu einem ersten Zeitpunkt, Durchführen von Messungen des Fluiddrucks basierend auf Bewegungen der ersten Membran und der zweiten Membran, um die Referenzwerte zu erhalten; zu einem zweiten Zeitpunkt, Durchführen von Messungen des Fluiddrucks basierend auf Bewegungen der ersten Membran und der zweiten Membran, um die Messwerte erhalten; Bestimmen einer Veränderung der auf Bewegungen der ersten Membran basierenden Messergebnisse zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt; Bestimmen einer Veränderung der auf Bewegungen der zweiten Membran basierenden Messergebnisse zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt; Prüfen ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse allein auf einer Veränderung des Fluiddrucks basieren oder ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse auf Änderungen im Drucksensor zurückzuführen sind und falls letzteres der Fall ist, Bestimmen, ob die Abweichung oberhalb oder unterhalb des vorgegebenen Grenzwerts liegt, um zu bestimmen ob die Meldung ausgegeben wird oder die Messwerte korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei geprüft wird, ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse auf einer Veränderung der Dicke der ersten und der zweiten Membran zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt zurückzuführen ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei geprüft wird, ob die bestimmten Veränderungen der Messergebnisse auf eine Änderung der Dicke der ersten und der zweiten Membran um den gleichen Betrag zurückzuführen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Fluiddruck im Raumvolumen zum ersten Zeitpunkt und zum zweiten Zeitpunkt gleich ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, des Weiteren aufweisend: Reduzieren des Drucks auf einen Druckbereich, der unterhalb des Auflösungsvermögens der Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen liegt; Bestimmen eines ersten Ausgabewertes für das über die Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen erzeugte elektrische Feld, wobei der erste Ausgabewert die Messwerte darstellt; Vergleichen des ersten Ausgabewerts mit einem zweiten Ausgabewert, der bei einem zuvor erfolgten Absenken des Druckbereichs unterhalb des Auflösungsvermögens bestimmt wurde, wobei der zweite Ausgabewert die Referenzwerte darstellt.
Verfahren nach Anspruch 6, des Weiteren aufweisend: Setzen des ersten Ausgabewerts als Nullpunkt für die Messung des Fluiddrucks mit der Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen; Erhöhen des Fluiddrucks bis zu einem Anlagedruck, bei dem die Membran mit dem besseren Druckauflösungsvermögen beginnt, auf der ihr zugeordneten Bezugselektrode anzuliegen, wobei der Anlagedruck die Messwerte darstellt; Vergleichen des derart bestimmten Anlagedrucks mit einem nach der Bestimmung des zweiten Ausgabewertes bestimmten Referenzanlagedruck, wobei der Referenzanlagedruck die Referenzwerte darstellt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, des Weiteren aufweisend: Setzen des ersten Ausgabewerts als Nullpunkt für die Messung des Fluiddrucks mit der Membran mit dem schlechteren Druckauflösungsvermögen; Erhöhen des Fluiddrucks bis zu einem Messdruck, bei dem die Membran mit dem schlechteren Druckauflösungsvermögen beginnt, einen von Null abweichenden Fluiddruck anzugeben, wobei der Messdruck die Messwerte darstellt; Vergleichen des derart bestimmten Messdrucks mit einem nach der Bestimmung des zweiten Ausgabewertes bestimmten Referenzmessdruck, wobei der Referenzmessdruck die Referenzwerte darstellt.
Drucksensor zur Messung eines Fluiddrucks, mit wenigstens eine ersten und eine zweiten Membran (3, 5), die so miteinander verbunden sind, dass sie ein Raumvolumen hermetisch dicht einschließen und die unterschiedliche Geometrien aufweisen, 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; gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die geeignet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
Drucksensor nach Anspruch 9, wobei zumindest eine der ersten und zweiten Membranen (3, 5) aus Zirkondioxid ausgebildet ist und das Zirkondioxid vorzugsweise mit Yttrium dotiert ist.