DE2221062A1

DE2221062A1 - Kapazitiver Druckwandler

Info

Publication number: DE2221062A1
Application number: DE19722221062
Authority: DE
Inventors: Polye William Ronald
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-05-10
Filing date: 1972-04-28
Publication date: 1972-11-23
Also published as: CA923631A; IT955321B; GB1319218A; JPS5528335B1; DE2221062C3; DE2221062B2; FR2139401A5; US3715638A

Description

Dr. I. - ^:·- uc-j'r

Dlpl.lno.HM,.t-v·:-- V.,* '-".Schmitt

Dip! lrq.E.0'-·-' ■ ,-'. Ha V->. V. ^nnert

8 hiui'.cl.^n 2. «v. ' -li'^-iie 23

Tele ion 5380536

The Bendix Corporation
j
' Executive Offices

Bendix Center 27. April 1972

Southfield,Mich.48075,USA Anwaltsakte M-2157

Kapazitiver Druckwandler

Die Erfindung betrifft kapazitive Druckwandler, insbesondere eine Temperaturkompensationseinrichtung für kapazitive Druckwandler (TK-Kondensatoren).

Die durch Temperaturänderungen hervorgerufene Fehlergröße solcher Wandler hängt hauptsächlich vom Baumaterial, den Entwurfseinzelheiten und dem Betriebstemperaturbereich ab. In den meisten Fällen, in welchen eine hohe Genauigkeit über einen großen Bereich von Temperaturschnankungen gefordert wird, ist der bedeutendste Fehlerfaktor die Änderung der Ulastizitfitskonstante (Youngscher liodulj des für den Wandler benützten Werkstoffes. Ein direkter Weg zur Korrektur dieses Fehlers besteht darin, die Temperatur des Wandlers elektrisch zu messen und eine Korrekturspannung an den Kondensatorausgang anzulegen. Die HauptSchwierigkeit bei der

209848/0704

Messung der Wandlertemperatur bestand bisher darin, daß an den empfindlichen Ablenk- oder Schwingteilen des Wandlers unerwünschte elastische Spannungen auftraten.

I Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, die Temperatur eines Druckwandlers zu messen, ohne unerwünschte elastische Spannungen an den empfindlichen ScIwingteilen des Wandlers zu erzeugen.

! Sodann ist erfindungsgemäß ein Dünnfilmwiderstand auf den empfindi liehen Schwingteilen des Wandlers vorgesehen. Erfindungsgemäß wird

¹ weiter bezweckt, den Dünnfilmwiderstand auf dem Wandler während

einer normalen Fertigungsstufe des Wandlers aufzutragen. Schließ-ί lieh soll nach der Erfindung der Dünnfilmv.iderstand im Vakuum auf-■ gedampft oder aufgesprüht werden.

j Erfindungsgemäß ist ein Kondensator-Druckwandler vorgesehen, dessen Körper aus dielektrischem Material wie Quarz besteht, auf welchen ein Dünnfilmwiderstand durch Aufdampfen oder Aufsprühen in Vakuum j aufgebracht wird, um seine Temperatur zu messen. Der Widerstand besteht aus einem Werkstoff wie z.B. nickel oder Platin mit einem j verhältnismäßig hohen Widerstandstemperaturkoeffizienten, um ein j der Temperatur des Körpers entsprechendes Signal abzugeben. l<er i Dünnfilmwiderstand v;ird vorzugsweise auf den Körper gleichzeitig ■mit einem elektrosiatischen Dünnfilmschirm aus dein gleichen Werk-

i stoff wie der Dünnfiliav.^riderstand aufgebracht.

i Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Re- ; Schreibung enthaltenen "erlar.ale und Maßnahmen können von erfin

• dungswesentlicher Bedeutung sein. Ls ist jedoch zu beachten,

209848/07(H

daß die Zeichnung nur zu ErIäuterungszwecken dient und nicht den Rahmen der Erfindung begrenzt, der durch die Patentansprüche angegeben wird. In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 der Grundriß eines kapazitiven Druckwandlers, auf welchem der erfindungsgemäße Dünnfilmwiderstand aufgebracht wurde;

Fig. 2 ein senkrechter Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig.1;

Fig. 3 der Stromlaufplan einer Brückenschaltung mit den Dünnfilmwiderständen zur Abgabe von Temperaturkompensationssignalen;

;Fig. 4 der Stromlaufplan einer Brückenschaltung mit den Druckwandler-Kondensatoren und Dünnfilmwiderständen zur Ab-

I gäbe eines temperaturkonipensierten Drucksignals.

:Die Zeichnung zeigt einen Druckwandler mit den neuartigen erfin-

!dungsgemäßen Dünnfilmwiderständen. Der Körper 1 des Druckwandlers i
besteht aus dielektrischem Material wie Glas oder Quarz. Der Körper ist aus zwei flachen schalenähnlichen Teilen 3 und 5 ausgeformt, die miteinander verschmolzen sind und somit die Kammer 7 bilden, die auf bekannte Weise luftleer gepumpt wird. Die Kondensatorjplatten 9 und 11 sind an den entgegengesetzten Innenflächen der Teile 3 und 5 angeordnet und bilden einen Kondensator, der ein

209848/07(H

Signal entsprechend dem gemessenen Druck abgibt, der von außen auf den Körper 1 einwirkt. Die Kondensatorplatten 9 und 11 können mit den entsprechenden Steckverbindern 13, 15 zum Anschluß an eine elektrische Schaltung versehen sein. Um die Einstreuung einer aktiven Kapazität in die elektrischen Messungen zu vermeiden, ist der als elektrostatischer Schirm wirkende metallische Dünnfilmbelag 17 auf die Außenflächen des Körpers 1 aufgebracht.

Die erfindungsgemäßen Temperaturfühler sind die Dünnfilmwiderstände 19, 21, deren Stärke in der Größenordnung von einigen 100 Angstroms liegt, die auf die druckempfindlichen Schwing- oder Ablenkteile des Körpers 1 vorzugsweise gleichzeitig mit dem elektrostatischen Schirm im Vakuum aufgedampft oder aufgesprüht sind. JUe Widerstände sind gegen den elektrostatischen Schirm durch Verwendung von Schablonenmarken oder durch Ätzung nach dem Auftragen elektrisch isoliert. Die Widerstände bestehen vorzugsweise aus einem Stoff, x^ie z.B. Nickel oder Platin, der einen verhältnismäßig hohen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, um ein der Temperatur des Körpers 1 entsprechendes Signal abzugeben. Zweckmäßigerweise besteht der metallische Dünnfilmbelag 17 aus dem gleichen Stoff, so daß die Dünnfilmwiderstände 19, 21 und der metallische Dünnfilmbelag 17 gleichzeitig aufgetragen werden können. Die Widerstände 19, 21 sind mit den entsprechenden Klemmen 23, 25, 27, 29 an ihren Enden versehen, um sie an eine nachstehend beschriebene Schaltung anzuschließen.

209848/07(H

Die Widerstände 19 und 21 können in die entgegengesetzten Zweige einer Brückenschaltung gelegt werden (Fig. 3: R«, R₂), und ihre Widerstandswerte werden mit den Widerstandswerten der Bezugswiderstände R₅ verglichen, die in die beiden anderen entgegengesetzten ι Zweige der Brifcke geschaltet sind. An die entgegengesetzten Klemmen der Brücke ist eine geeignete Spannungsquelle angeschlossen, und an den beiden anderen entgegengesetzten Klemmen der Brücke liegt wie gewöhnlich ein Signal entsprechend dem Widerstandswert der Widerstände R₁ und R₇ an. Das Temperaturkompensationssignal kann in bekannter Weise zur Temperaturkompensation des dem Druck entsprechenden Kondensatorsignals verwendet werden.

Fig. 4 zeigt eine geeignete Anordnung zur Korrektur des Kondensatorsignals bei Temperaturänderungen, wobei die Widerstände R* und R₇-in einen Zweig und der Bezugswiderstand R in einen zweiten

ώ S

Zweig der Brückenschaltung gelegt'sind. Der druckmessende Konden- ^:

sator C ist in den dritten Zweig und der Bezugskondensator C_g in den vierten Zweig der Brücke geschaltet. Eine Spannungsquelle ι

ist an den entgegengesetzten Klemmen der Brücke zwischen den Zwei-' I
gen mit den Widerständen und den Zweigen mit den Kondensatoren

!angeschlossen, und ein temperaturkompensiertes Drucksignal liegt \ an den beiden anderen entgegengesetzten Klemmen der Brücke an.

,Ein Druckwandler mit den erfindungsgemäßen, auf die empfindlichen j j

[ Schwingteile aufgebrachten Dünnfilmwiderstände gibt ein tempera- j j turkompensiertes Drucksignal ab, ohne an den empfindlichen ί

i

209848/07(K

-D-

Schwingteilen unerwünschte elastische Spannungen hervorzurufen, wobei das Drucksignal bei Temperaturänderungen genau kompensiert ist. Die Dünnfilmv/ider stände können auf dem Wandler während einer normalen Fertigungsstufe durch Aufdampfen oder Aufsprühen in Vakuum aufgebracht werden.

209848/0704

Claims

Dipt κ --s-Titz

Dipl. Jen. ·· »nert

Teiticn -,„*

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 27. April 1972

Southfield,Mich.48075,USA Anwaltsakte M-2157

Patentansprüche

/T 1.)Kondensator-Druckwandler mit einem Körper aus dielektrischem

Material, gekennzeichnet durch auf den Körper (1) aufgebrachte ! Dünnfilmwiderstände (19,21), die aus einem Stoff mit einem ! verhältnismäßig hohen Widerstandstemperaturkoeffizienten be-I stehen, um ein der Temperatur des Körpers (1) entsprechendes Signal abzugeben.
2. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilmwiderstände (19,21) auf den Körper (1) im Vakuum aufgedampft werden.
3. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilmwiderstände (19,21) auf den Körper (1) aufgesprüht werden.

209848/0704

2221082
4. Druckwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Klemmen (23, 25,27,29) zum Anschluß der Dünnfilmwiderstände (19,21) an eine elektrische Schaltung.
5. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Dünnfilmwiderstände (19,21) Nickel ist.
6. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Dünnfilmwiderstände (19,21) Platin ist.
7. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrostatische Dünnfilmschirm (17) aus dem gleichen Werkstoff besteht wie die Dünnfilmwiderstände (19,21) und gleichzeitig mit diesen auf den Körper (1) aufgebracht wird und gegen sie elektrisch isoliert ist.
8. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilmwiderstände (1.9,21) auf ein empfindliches Schwingteil (3) des Wandlers aufgebracht sind.

203643/Ö7CH