DE2556947B2 - Auf Druck ansprechende Kapazität - Google Patents

Auf Druck ansprechende Kapazität

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DE2556947B2 DE2556947A DE2556947A DE2556947B2 DE 2556947 B2 DE2556947 B2 DE 2556947B2 DE 2556947 A DE2556947 A DE 2556947A DE 2556947 A DE2556947 A DE 2556947A DE 2556947 B2 DE2556947 B2 DE 2556947B2
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Description

Die Erfindung betrifft eine auf Druck ansprechende Kapazität, bestehend aus einem elektrisch nicht leitenden Substrat mit einer Abstützfläche, einer Elektrode aus einem elektrisch leitendem Film, die an einem Abschnitt der Abstützfläche befestigt ist, und aus einer dünnen flexiblen, elektrisch leitenden Membran, die hermetisch an der Abstützfläche abgedichtet ist und über der Elektrode angeordnet ist, wobei die Membran und die Elektrode die Platten der auf Druck ansprechenden Kapazität bilden und die Kapazität einen Kapazitätswert erreicht, der auf die Druckdifferenz über der Membran in einem vorbestimmten Druckdifferenzbereich bezogen ist.
Druckwandler- oder Abtastvorrichtungen sind seit langem in den verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Bei diesen Vorrichtungen hat man auf Druck ansprechende Kapazitäten entwickelt, bei denen eine auf Druck ansprechende und leitende Membran über einer Elektrode abgedichtet befestigt ist, die an einem dielektrischen Substrat befestigt ist, so daß Änderungen im Druckunterschied über die Membran eine Veränderung des Abstandes zwischen der Membran und der ortsfesten Elektrode bewirken, so daß dadurch die Kapazität zwischen der Membran und der ortsfesten Elektrode in Abhängigkeit von dem Druck geändert wird. Eine derartige Vorrichtung ist in dem US-Patent 38 08 480 beschrieben. Diese auf Druck ansprechenden Kapazitäten werden häufig in frequenzbestimmenden Kreisen oder Oszillatoren verwendet, um dadurch ein Frequenzsignal zu erzeugen, welches auf den Druck bezogen ist Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die auf Druck ansprechenden Kapazitäten in Brückenschaltungen anzuordnen, um eine auf den Druck bezogene Spannung zu erzeugen.
Ein weiterer Typ eines bekannten auf Druck ansprechenden Kapazitätselements besteht aus einem nachgiebigen dielektrischen Material, welches zwischen wenigstens zwei Elektrodenplatten eingeschlossen ist Durch einen auf die Platte aufgebrachten Druck wird das Dielektrikum nachgiebig zusammengedrückt, und es wird eine auf den Druck bezogene Kapazität erzeugt Ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung ist in der US-Patentschrift 33 02 080 beschrieben.
Bei diesen bekannten Typen von auf Druck ansprechenden Kapazitäten wird die Kapazitätsänderung aufgrund einer Druckänderung durch eine Änderung des Abstandes zwischen beispielsweise der ortsfesten Elektrode und der druckempfindlichen Membran bewirkt, wobei diese Membran die zweite Elektrode der Kapazität darstellt Die Kapazitätsänderung über den Druckdifferenzbereich ist dabei relativ eingeschränkt, und zwar insbesondere dort, wo eine auf Druck ansprechende Kapazität mit kleinen räumlichen Abmessungen eingesetzt werden muß.
Aus der US-PS 36 93 059 ist schließlich ein kapazitiver Schalter bekannt, der zum einen aus einem axial verschiebbaren Betätigungsstift mit an einem Ende des Stiftes befestigtem, elastischen U-förmigem Bügel und zum anderen aus mit einem Dielektrikum abgedeckten kapazitiven Kissen besteht, die auf einem Substrat befestigt sind. Bei einer Verschiebung des genannten Stiftes wird der U-förmige verformbare Bügel auf dem kapazitiven Kissen in Abhängigkeit von dem aufgebrachten Druck mehr oder weniger abgerollt, wodurch eine Kapazitätsänderung erzielt wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, eine auf Druck ansprechende Kapazität der eingangs definierten Art zu schaffen, bei der sich die Membran bei Zunahme der Druckdifferenz über der Membran entsprechend einer zunehmend größeren Berührungsfläche auf dem Dielektrikum bzw. über der Elektrode abrollen kann, um eine druckempfindliche Kapazität mit einem relativ großen Kapazitätsbereich hinsichtlich des Druckdifferenzbereiches zu erhalten, welchem sie ausgesetzt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1.
Das Volumen zwischen der Membran und dem Substrat wird beispielsweise auf einen bestimmten Druck evakuiert, um die Membran in Berührung mit der isolierten befestigten Elektrode zu bringen. Die Membran kann so ausgelegt sein, daß sie in Berührung mit dem Dielektrikum steht, welches auf der festen Elektrode niedergeschlagen ist und zwar entsprechend wenigstens einem Abschnitt des Druckdifferentialbereiches, welchem die Membran ausgesetzt werden kann. Beispielsweise wird die Membran in Berührung mit dem Dielektrikum entsprechend dem gesamten Druckdiffe-
renzbereich gehalten. Die Membran ist optimal so ausgelegt, daß sie einen relativ geringen Kontakt mit dem Dielektrikum am unteren Ende des Druckdifferenzbereiches hat und sich dann in größerem Kontakt bzw. Berührung mit dem Dielektrikum entsprechend einer zunehmend größer werdenden Fläche abrollt, wenn die Druckdifferenz über der Membran zum oberen Ende des Druckdifferenzbereichs zunimmt Auf diese Weise hängt die Kapazitätsänderung der druckveränderlichen Kapazität von einer Verinderur.g der \o effektiven Kapazitätsfläche ab, so daß dadurch ein größerer Bereich der Kapazitätsänderung relativ zur Druckdifferenzänderung erhalten wird, als dies normalerweise bei einer druckempfindlichen Kapazität der Fall ist, deren Kapazitätswert sich mit dem Abstand zwischen den Platten ändert
Besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt:
F i g. 1 den Gegenstand in einer Schnittdarstellung, wobei ein relativ niedriges Druckdifferential über der Membran aufgebracht ist; Fig.2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei ein
größeres Druckdifferential über der Membran herrscht, Fig.3 die Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei ein
relativ hohes Druckdifferential über der Membran
aufgebaut ist, jo
Fig.4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß F i g. 1 in aufgebrochener Darstellung, um eine Elektrode und die an dem Substrat befestigten Bahnen zu zeigen,
Fig.5 eine Einrichtung zum Betreiben des Gegenstands,
Fig.6 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß F i g. 5, und
Fig.7 ein Schema einer elektrischen Schaltung, welches vorteilhaft verwendet werden kann, um die Ausgangsgröße der Vorrichtung hinsichtlich Druckdifferentialänderungen zu linearisieren.
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Gemäß Fig. 1 ist eine druckveränderliche Kapazität veranschaulicht Die gezeigte Kapazität besteht aus einem dünnen, ebenen und plattenförmigen, jedoch elektrisch nicht leitenden Substrat 10 mit einer Tragfläche 10.3, die in bevorzugter Weise relativ glatt und eben ausgebildet ist. Das Substrat 10 besteht aus einem der Substratmaterialien, die dem Fachmann gut bekannt sind, wie beispielsweise ein keramisches Tonerdematerial, wie sich dies noch im einzelnen ergeben wird, ist es wünschenswert, daß das Substrat 10 gegenüber Gasen und Wasserdampf relativ undurchlässig ist und daß es Leiterbahnen oder Leiterflächen aufnehmen kann, die an die Fläche des Substrats angeklebt werden bzw. haften.
Ein leitender Film 12, der eine Platte oder Elektrode der druckvariablen Kapazität darstellt, ist auf der Fläche 10a aufgedruckt, aufgedampft oder abgelagert, so daß er an dieser haftet Ein dielektrischer Film 14 ist über der Elektrode 12 und ebenso einer Fläche um die Elektrode auf der Fläche 10a abgelagert oder als Belag aufgebracht. Das Dielektrikum besteht geeignet aus einem Siliziumoxid wie dem Fachmann auf dem Gebiet der Dickfilmtechnik gut bekannt ist, wobei die Elektrode 12 und das Dielektrikum 14 durch Dickfilmtechniken niedergeschlagen oder aufgedruckt werden. Bei einer tatsächlichen realisierten Vorrichtung bestand das Dielektrikum aus einer Dickfilmpaste, die erhältlich ist
Eine dünne, flexible und elektrisch leitende Membran 16 enthält einen flexiblen zentralen Abschnitt 16a, und zwar den Abschnitt innerhalb des Kreises 16f, und enthält einen relativ starren Umfangsabschnitt 166, der aus einem aufrecht stehenden abgewinkelten Abschnitt 16c und einem nach außen weisenden abgewinkelten Abschnitt 16d besteht Der Abschnitt der Membran 16e zwischen dem aufrecht stehenden Abschnitt 16c and dem zentralen Abschnitt 16a bildet den Übergang zwischen dem relativ steifen Abschnitt der Membran und dem relativ flexiblen Abschnitt der Membran und ist speziell so ausgebildet, daß der zentrale Abschnitt 16a gegen das Dielektrikum 14 rollen kann bzw. gedrückt wird, wenn der Druckunterschied über der Membran zunimmt Der nach außen zeigende Umfangsabschnitt 16</ der Membran ist hermetisch gegen die Fläche 10a abgedichtet Bei einer druckvariabJen Kapazität, die tatsächlich hergestellt wurde, war die Membran mit Hilfe eines vorgefertigten, halb ausgehärteten Epoxy-Klebemittels auf Glasbasis befestigt Das Klebemittel wurde dann voll ausgehärtet, um die hermetische Abdichtung zu vervollständigen.
Das Volumen 18 unterhalb der Membran 16 wird evakuiert und kann erneut bis zu einem vorbestimmten Druck mit einem Standardgas gefüllt werden, wenn dies gewünscht wird. Mittel zur Evakuierung des Volumens 18 sind nicht gezeigt da derartige Einrichtungen dem Fachmann gut bekannt sind. Beispielsweise kann die Membran 16 eine zentral gelegene öffnung aufweisen, wobei die Kapazität in einer Vakuumkammer zusammengebaut wird, die ausgepumpt ist, um den Raum 18 über die genannte öffnung in der Membran zu evakuieren, wobei danach die genannte öffnung mit Lötmetall verschlossen wird. Bei der tatsächlich ausgeführten auf Druck ansprechenden Kapazität wurde ein Auspumprohr verwendet, welches in F i g. 5 zu sehen ist und welches im folgenden mehr im einzelnen erläutert werden soll.
F i g. 1 zeigt den Zustand der Membran der druckverändei liehen Kapazität, wenn die Druckdifferenz über der Membran sich am unteren Ende ihres Bereiches befindet. Wenn die Druckdifferenz über der Membran zunimmt, so rollt die Membran zu einer zunehmend größer werdenden Berührungsfläche mit dem Dielektrikum 14 ab, wie dies in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist, so daß die effektive Fläche der Kapazitätsplatten dadurch erhöht wird. Es ergibt sich somit, daß der Konstrukteur dabei aufpassen muß, daß diese Membran abrollen kann, wie dies erläutert wurde, wenn der Druck über der Membran geändert wird, so daß die Membran nicht als solche relativ zur ortsfesten Elektrode verschoben wird.
Der Kapazitätswert, aufgetragen gegenüber den Druckkennlinien der Vorrichtung, ändert sich mit Temperaturschwankungen. Die Temperaturempfindlichkeit wird dadurch hervorgerufen, daß es nicht möglich ist, den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Membran anzupassen. Die Membran wird in geeigneter Weise aus einer Ni-Span-C-Legierung hergestellt, einem Material, dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient genau gesteuert wird, um seine physikalischen Eigenschaften gleichmäßig zu halten. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Substrat-Materialien wer-
—^muzTET-z
den jedoch nicht genau gesteuert, so daß es dadurch erforderlich wird, die thermische Empfindlichkeit durch besondere Gestaltung der Kapazität zu verbessern. Speziell läßt sich die thermische Empfindlichkeit dadurch verbessern, daß die Kapazität so gestaltet wird, daß der Umfang der Membran relativ frei für eine Bewegung in einer Richtung ist, die parallel zur Ebene der Membran verläuft Es ist natürlich auch erforderlich, daß der Umfang der Membran relativ fest gegenüber einer Bewegung senkrecht zur Ebene der Membran ist, um sicherzustellen, daß die Membran abrollen kann und also nicht körperlich nach oben und unten verschoben wird, wenn sich die Druckdifferenz über der Membran ändert.
Die Membran gemäß Fig. 1 erfüllt vollständig diese Anforderungen. Insbesondere ermöglicht der Übergangsabschnitt 16e; daß der zentrale Abschnitt 16a der Membran sich ausdehnen und zusammenziehen kann, und zwar relativ unbehindert, und sich also in einer Richtung parallel zur Ebene des zentralen Abschnitts der Membran bewegen kann, da eine Biegung des Umfangsabschnitts 166 um die Linie hervorgerufen wird, welche das obere Ende des Zwischenabschnitts 16e definiert, und ebenso um die Linie, welche den Schnittbereich des nach oben ragenden Abschnitttes 16c und des nach außen zeigenden ringförmigen Abschnitts 16c/definiert. Wie sich nunmehr jedoch klar ergibt, ist der zentrale Abschnitt 16a der Membran hinsichtlich Kräften, die senkrecht zur Ebene des zentralen Abschnitts der Membran wirken, beim Kreis 16/am steifsten, und dieser wird zunehmend weniger steif in Richtung zur Mitte der Membran hin. Ein einheitlich nach unten auf die Membran ausgeübter Druck bewirkt somit, daß das Zentrum der Membran um eine größere Strecke ausgelenkt wird als der verbleibende Abschnitt der Membran mit dem Ergebnis, daß die Membran mit zunehmender Druckdifferenz über der Membran über eine nahe bei dieser verlaufenden Fläche abrollt.
Bei einem in der Praxis hergestellten druckvariablen Kapazitätselement mit den Merkmalen, wie sie sich aus F i g. 1 ergeben, wobei diese Kapazität einer Druckdifferenz über der Membran von 150 bis 800 Torr ausgesetzt wurde, ergab sich ein Kapazitätsbereich von 100 bis 250 Picofarad. Die Membran bestand aus einem 0,008 cm dicken Ni-Span-C-Material. Bei einem ebenen zentralen Abschnitt 16a, der einer Druckdifferenz über die Membran von null entsprach, ergab sich eine Trennung zwischen der Membran und dem Dielektrikum von 0,008 cm. Der Gesamtdurchmesser betrug 3 cm und die Gesamthöhe betrug 0,14 cm. Der Durchmesser des zentralen Abschnittes 16a betrug 2,1 cm. Der Radius des dazwischenliegenden Abschnitts 16e betrug 0,09 cm, während die Rundungsgradien 0,03 cm betrugen.
Fig.4 zeigt eine Draufsicht auf die druckvariable Kapazität von Fig. 1, die ein Substrat 10 mit einer typischen Elektrode 12 und einer daran befestigten dielektrischen Abdeckung oder Oberzug 14 besitzt Die Membran 16 ist der Übersichtlichkeit halber in aufbebrochener Darstellung veranschaulicht Die Elektrode 12 besitzt eine Leiterbahn 12a, durch die eine elektrische Verbindung unter der Membran möglich wird Die Leiterbahn 12a besitzt auch in geeigneter Weise einen dielektrischen Überzug, um diese dort zu isolieren, wo sie unter dem nach außen ragenden es ringförmigen Abschnitt 16dhindurchläuft
Eine kreisförmige Bahn 48, die an dem Substrat befestigt ist, umgibt die Elektrode 12. Die Bahn 48 umfaßt einen geradlinigen Abschnitt 48a Die Bahn 48 besitzt allgemein die gleiche planare Größe wie der nach außen zeigende ringförmige Abschnitt 16c/ der Membran. Die Membran ist über einen auf Glas gelagerten Epoxy-Klebstoffilm an dem Substrat abgedichtet, welcher entsprechend den Abmessungen des nach außen weisenden Abschnitts 16c/ vorgestanzt ist, und wird zwischen diesem und der Bahn 48 angeordnet und ausgehärtet, um die Bindung zu vervollständigen. Die Membran kann dann an der geradlinigen Leiterbahn 48a angelötet werden, um eine elektrische Verbindung mit dieser herzustellen. Der Epoxy-Film schafft eine zusätzliche Isolation zwischen der Membran und der Bahn 12a und ist auch an die Räume 106 auf beiden Seiten der Bahn 12a angepaßt, um die Membran hermetisch an dem Substrat abzudichten.
Gemäß F i g. 5 ist eine Einrichtung zum Betreiben des Gegenstandes von F i g. 1 gezeigt, wobei F i g. 6 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß F i g. 5 zeigt. Die Membran 16 ist an dem Substrat 10 befestigt. Eine Kappe 50 mit einer öffnung 50a zur Herstellung einer Strömungsverbindung mit dem Volumen 52 unter der Kappe 50 ist hermetisch mit dem Substrat 10 mit Hilfe eines O-Ringes 56 in einer Nut 54 abgedichtet Leitungen können nun von der öffnung 50a zu einer Druckquelle vorgesehen werden, die überwacht werden soll. Eine weitere steife Kappe 58 ist hermetisch mit der gegenüberliegenden Fläche des Substrats 10 abgedichtet, um dazwischen ein Volumen 64 zu bilden. Eine öffnung 62 in dem Substrat verbindet das Volumen 64 mit dem Raum unterhalb der Membran 16. Das Rohr 60 kann dazu verwendet werden, das Volumen 64 und den Raum unterhalb der Membran 16 auszupumpen, und kann dann abgedichtet werden. Alternativ kann das Rohr 60 mit einer zweiten Druckquelle verbunden werden, so daß die Membran 16 in Abhängigkeit von der Druckdifferenz der zwei Druckquellen in Anlage gerollt wird.
Die Kappe 58 ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Kapazität evakuiert und das Rohr 60 abgedichtet ist, da das Volumen 64 um ein Vielfaches größer ist als das Volumen unterhalb der Membran 16. Auf diese WEise werden die Einflüsse irgendeines Lecks unter der Membran weitgehend gedämpft
Überprüft man erneut die F i g. 1 bis 3, so wird es offensichtlich, daß bei Änderung des Druckes über der Membran 16 der Durchmesser des Abschnitts der Membran verändert wird, welcher in Berührung mit dem Dielektrikum steht In der Tat variierte der Duchmesser bei der hergestellten druckvariablen Kapazität nahezu linear mit dem Druck. Natürlich ändert sich auch die Kapazität linear mit der effektiven Kapazitätsfläche, die sich ihrerseits mit dem Quadrat des zuvor erwähnten Durchmessers verändert Die Kapazität wird demnach mit dem Quadrat des Druckes über der Membran verändert Wenn es wünschenswert ist, eine druckvariable Kapazität herzustellen, deren Kapazitätswert sich linear mit der Druckdifferenz ändert, so kann die feste Elektrode so gestaltet werden, daß ihre effektive Fläche sich linear mit dem Durchmesser ändert Wenn es nicht wünschenswert ist, die feste Elektrode so zu gestalten, jedoch eine lineare Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von dem Druck dennoch erforderlich ist, gibt es die Möglichkeit eine elektronische Schaltung zu verwenden, wie sie beispielsweise in Fig.7 schematisch gezeigt ist, um eine Linearisierung zu erreichen. Gemäß dieser Figur wird eine Kapazität 68 mit der Kapazität C durch einen
Strom / aus einer konstanten Stromquelle 66 geladen. Die Kapazität wird über den Widerstand 64 mit dem Wert R entladen, wenn ein elektronischer Schalter 62' geschlossen wird. Der Schalter 62' wird während der Ausgangsimpulse des Wellengenerators 60' geschlossen, wobei die Breite der Ausgangsimpulse linear auf die Kapazität bezogen ist. Die Kapazität für die Steuerung des Rechteckwellengenerators 60' wird natürlich von einer druckvariablen Kapazität erhalten. Bei diesem Stromlaufplan ist angenommen, daß Crealtiv groß ist, so daß die Spannung an die Kapazität 68 einen Gleichgewichtswert ec erreicht. Bei einer Analyse der Betriebsweise der Schaltung gemäß Fig. 7 ist zu beachten, daß der Schalter 62' für eine Periode / offen ist und für eine Periode (To— i) geschlossen ist, wobei 7ö die konstante Wiederhoifoige des Rechteckweiiengenerators60'ist.
Es gelten dann folgende Beziehungen:
Hierin bedeuten
AQ] = die der Kapazität 68 während der Periode t
hinzugefügten Ladungen
und
AQ2 = die von der Kapazität 68 während der Periode
(To—t)entfernten Ladungen.
Bei Gleichgewicht gilt:
Il + I / -
woraus man erhält:
c, = Rl
T1,
Da t einen Impuls darstellt, dessen Impulsbreite proportional zu einer Kapazität Q ist, die sich mit dem Druck ändert, und wenn 7ö die Breite dieses Impulses
sein würde, wenn der Wert der Kapazität gleich Q, erreichen soll, gilt:
Rl
C1
C11
Wenn weiter C, durch die l'unklion:
definiert ist, wobei Cm Po und K Konstanten sind, und wenn P den Druck über der Membran bedeutet, dann wird
ι-,. = Rl
Wenn die V.'iederholperiodc 7;, so gewählt ist. daß
Cn = Cm.
so wird
Aus der zuvor angeschriebenen Definition ergibt sich, daß eceine lineare Funktion von Pist.
Γ) Es wird somit eine druckveränderliche Kapazität geschaffen, bei welcher eine auf Druck anspreche de Membran an einem Substrat befestigt ist, welches mit einem Dickschichtmetallüberzug ausgestattet ist, der mit einem dielektrischen Oberzug bedeckt ist, so daß die
;o Membran und der Dickschichtüberzug eine druckveränderliche Kapazität bilden. Druckunterschiedsänderungen über der Membran zwingen diese dazu, an der Isolationsschicht abzurollen, so daß also die fläche der Membran, die mit dem Dielektrikum in Berührung
4") gelangt, geändert wird und damit auch die Kapazität geändert wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Auf Druck ansprechende Kapazität, bestehend aus einem elektrisch nicht leitenden Substrat mit einer Abstützfläche, einer Elektrode aus einem elektrisch leitenden Film, die an einem Abschnitt der Abstützfläche befestigt ist, und aus einer dünnen, flexiblen, elektrisch leitenden Membran, die hermetisch an der Abstützfläche abgedichtet ist und über ι ο der Elektrode angeordnet ist, wobei die Membran und die Elektrode die Platten der auf Druck ansprechenden Kapazität bilden und die Kapazität einen Kapazitätswert erreicht, der auf die Druckdifferenz über der Membran in einem vorbestimmten Druckdifferenzbereich bezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Membran (16) und der Elektrode (12) ein die Gesamtfläche der Elektrode (12) überdeckender dielektrischer Film (14) vorgesehen ist, daß die Membran (16) an ihrem Umfang ortsfest gehaltert ist, daß die Steifigkeit der Membran (16) vom Umfangsbereich zum mittleren Bereich hin abnimmt, und daß wenigstens ein Teil der Membran (16) derart nahe bei der Elektrode (12) angeordnet ist, daß sich die Membran (16) bei Aufbringen eines Druckes auf ihren mittleren Bereich über der Elektrode (12) bzw. auf dem dielektrischen Film (14) abrollen kann.
2. Kapazität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsabschnitt (166) der Membran (16) aus einem aufrechtstehenden, abgewinkelten Abschnitt (16c) und einem nach außen weisenden, abgewinkelten Abschnitt (t6d) besteht und daß in spannungslosem Zustand der Übergangsabschnitt (16e) zwischen dem aufrechtstehenden Abschnitt (16c) und dem zentralen Abschnitt (16a) und der zentrale Abschnitt (16a) der Membran schalenförmig gestaltet ist
3. Kapazität nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kappenförmiges, steifes Abdichtteil (58) hermetisch an der Fläche des Substrat (10), die der Membran (16) gegenüberliegt, abgedichtet ist, und daß durch das Substrat (10) ein Druckausgleichskanal (62) hindurchreicht.
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Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/539,212 US3993939A (en) 1975-01-07 1975-01-07 Pressure variable capacitor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2556947A1 DE2556947A1 (de) 1976-07-08
DE2556947B2 true DE2556947B2 (de) 1979-01-11
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Country Status (6)

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US (1) US3993939A (de)
JP (1) JPS51125858A (de)
CA (1) CA1037575A (de)
DE (1) DE2556947C3 (de)
FR (1) FR2297485A1 (de)
GB (1) GB1517705A (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0015368A1 (de) * 1979-02-02 1980-09-17 Albin Sprenger KG GmbH &amp; Co. Luftdruckgeber
FR2466012A1 (fr) * 1979-09-21 1981-03-27 Bosch Gmbh Robert Detecteur capacitif de pression et installation d'exploitation associe
DE3008572A1 (de) * 1980-03-06 1981-09-10 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Druckmessdose
DE3108300A1 (de) * 1980-03-06 1982-03-04 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Druckmessdose
EP0119673A1 (de) * 1983-01-03 1984-09-26 Illinois Tool Works Inc. Kraftwandler
DE9012560U1 (de) * 1990-09-01 1992-01-09 Platz, Karl Otto, 5226 Reichshof, De
DE19527919A1 (de) * 1995-07-29 1997-01-30 Beck Gmbh Druckmeselemente Druck-Meßeinrichtung

Families Citing this family (90)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4177496A (en) * 1976-03-12 1979-12-04 Kavlico Corporation Capacitive pressure transducer
CH609774A5 (de) * 1977-01-21 1979-03-15 Semperit Ag
US4204244A (en) * 1978-01-23 1980-05-20 Motorola, Inc. Electromechanical pressure transducer
US4273204A (en) * 1978-05-30 1981-06-16 The Jade Corporation Capacitive force load cell for weighing scale
US4254309A (en) * 1978-12-18 1981-03-03 Texas Instruments Incorporated Snap-through characteristic keyboard switch
US4261086A (en) * 1979-09-04 1981-04-14 Ford Motor Company Method for manufacturing variable capacitance pressure transducers
US4386453A (en) * 1979-09-04 1983-06-07 Ford Motor Company Method for manufacturing variable capacitance pressure transducers
US4382247A (en) * 1980-03-06 1983-05-03 Robert Bosch Gmbh Pressure sensor
US4287553A (en) * 1980-06-06 1981-09-01 The Bendix Corporation Capacitive pressure transducer
US4382328A (en) * 1981-01-02 1983-05-10 Janszen Arthur A Method of making stationary electrodes for electrostatic transducers
US4408194A (en) * 1981-02-02 1983-10-04 Continental Disc Corporation Capacitive pressure relief rupture disc monitor
US4458537A (en) * 1981-05-11 1984-07-10 Combustion Engineering, Inc. High accuracy differential pressure capacitive transducer
US4415948A (en) * 1981-10-13 1983-11-15 United Technologies Corporation Electrostatic bonded, silicon capacitive pressure transducer
US4384899A (en) * 1981-11-09 1983-05-24 Motorola Inc. Bonding method adaptable for manufacturing capacitive pressure sensing elements
DE3310643C2 (de) * 1983-03-24 1986-04-10 Karlheinz Dr. 7801 Schallstadt Ziegler Drucksensor
GB2141873A (en) * 1983-06-20 1985-01-03 Marconi Co Ltd Capacitive pressure sensors
JPS62174249U (de) * 1986-04-24 1987-11-05
US4951236A (en) * 1986-05-05 1990-08-21 Texas Instruments Incorporated Low cost high precision sensor
JPS6421330A (en) * 1987-07-16 1989-01-24 Teijin Ltd Pressure detector
US4806783A (en) * 1988-02-25 1989-02-21 Transducer Technologies Inc. Transducer circuit
US4823230A (en) * 1988-03-04 1989-04-18 General Electric Company Pressure transducer
DE3901492A1 (de) * 1988-07-22 1990-01-25 Endress Hauser Gmbh Co Drucksensor und verfahren zu seiner herstellung
DE3909185A1 (de) * 1989-03-21 1990-09-27 Endress Hauser Gmbh Co Kapazitiver drucksensor und verfahren zu seiner herstellung
DE3910646A1 (de) * 1989-04-01 1990-10-04 Endress Hauser Gmbh Co Kapazitiver drucksensor und verfahren zu seiner herstellung
US5025667A (en) * 1989-06-15 1991-06-25 Texas Instruments Incorporated Hermetic pressure sensor
JPH03170826A (ja) * 1989-11-29 1991-07-24 Toshiba Corp 容量型圧力センサ
JP3150685B2 (ja) * 1990-08-06 2001-03-26 株式会社ワコム 可変容量コンデンサ
JP2724419B2 (ja) * 1990-08-28 1998-03-09 日本特殊陶業株式会社 圧力センサ
US5317920A (en) * 1991-06-07 1994-06-07 Maclean-Fogg Company Resistive strain gauge pressure sensor with increased sensitivity
US5155653A (en) * 1991-08-14 1992-10-13 Maclean-Fogg Company Capacitive pressure sensor
US5473938A (en) * 1993-08-03 1995-12-12 Mclaughlin Electronics Method and system for monitoring a parameter of a vehicle tire
US5540092A (en) * 1994-10-31 1996-07-30 Handfield; Michael System and method for monitoring a pneumatic tire
DE19510617A1 (de) * 1995-03-23 1996-09-26 Leon Helma Christina Flexible Kontaktmatte
US5731516A (en) * 1995-06-07 1998-03-24 Handfield; Michael System and method for monitoring a pneumatic tire
JPH09104374A (ja) * 1995-10-09 1997-04-22 Mitsukazu Kaizaki クローラ用舗装路面損傷防止器
US6658938B2 (en) * 1998-03-10 2003-12-09 Mcintosh Robert B. Electret transducer
US6151967A (en) * 1998-03-10 2000-11-28 Horizon Technology Group Wide dynamic range capacitive transducer
US6402793B1 (en) 1998-04-03 2002-06-11 Medtronic, Inc. Implantable medical device having flat electrolytic capacitor with cathode/case electrical connections
EP1271121A3 (de) * 1998-07-07 2003-05-02 The Goodyear Tire & Rubber Company Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Sensors aus Silizium
AU5489799A (en) * 1998-08-19 2000-03-14 Wisconsin Alumni Research Foundation Sealed capacitive pressure sensors
US6355534B1 (en) * 2000-01-26 2002-03-12 Intel Corporation Variable tunable range MEMS capacitor
US7420659B1 (en) 2000-06-02 2008-09-02 Honeywell Interantional Inc. Flow control system of a cartridge
US8266465B2 (en) 2000-07-26 2012-09-11 Bridgestone Americas Tire Operation, LLC System for conserving battery life in a battery operated device
US7161476B2 (en) 2000-07-26 2007-01-09 Bridgestone Firestone North American Tire, Llc Electronic tire management system
DE10052053A1 (de) * 2000-10-19 2002-04-25 Endress Hauser Gmbh Co Druckmeßzelle
US6860154B2 (en) 2001-01-16 2005-03-01 Fujikura Ltd. Pressure sensor and manufacturing method thereof
US6625394B2 (en) * 2001-12-21 2003-09-23 Eastman Kodak Company Two-shot molded seal integrity indicator, underwater camera, and method
US7082024B2 (en) * 2004-11-29 2006-07-25 Stmicroelectronics S.A. Component comprising a variable capacitor
US7222639B2 (en) * 2004-12-29 2007-05-29 Honeywell International Inc. Electrostatically actuated gas valve
US7328882B2 (en) 2005-01-06 2008-02-12 Honeywell International Inc. Microfluidic modulating valve
US7445017B2 (en) 2005-01-28 2008-11-04 Honeywell International Inc. Mesovalve modulator
US7517201B2 (en) 2005-07-14 2009-04-14 Honeywell International Inc. Asymmetric dual diaphragm pump
US7624755B2 (en) * 2005-12-09 2009-12-01 Honeywell International Inc. Gas valve with overtravel
JP2007273932A (ja) * 2006-03-06 2007-10-18 Fujitsu Ltd 可変キャパシタおよび可変キャパシタ製造方法
US7523762B2 (en) * 2006-03-22 2009-04-28 Honeywell International Inc. Modulating gas valves and systems
JP2007315875A (ja) * 2006-05-24 2007-12-06 Omron Corp 感圧センサ
US20080099082A1 (en) * 2006-10-27 2008-05-01 Honeywell International Inc. Gas valve shutoff seal
US7644731B2 (en) * 2006-11-30 2010-01-12 Honeywell International Inc. Gas valve with resilient seat
WO2010097729A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Pre-collapsed cmut with mechanical collapse retention
US8525816B2 (en) 2010-02-10 2013-09-03 Wacom Co., Ltd. Position pointer, variable capacitor and inputting apparatus
JP5534419B2 (ja) * 2010-03-09 2014-07-02 株式会社ワコム 位置指示器、可変容量コンデンサ及び入力装置
US8511180B2 (en) 2010-09-02 2013-08-20 Ofer Melamed Pressure difference flowmeter with flow barrier between a conduit and a reference tube
US9016133B2 (en) * 2011-01-05 2015-04-28 Nxp, B.V. Pressure sensor with pressure-actuated switch
US20120228109A1 (en) * 2011-03-08 2012-09-13 Ibiden Co., Ltd. Sensor, keyboard and method for manufacturing sensor
US8404132B2 (en) * 2011-03-31 2013-03-26 Fujifilm Corporation Forming a membrane having curved features
US9851103B2 (en) 2011-12-15 2017-12-26 Honeywell International Inc. Gas valve with overpressure diagnostics
US9846440B2 (en) 2011-12-15 2017-12-19 Honeywell International Inc. Valve controller configured to estimate fuel comsumption
US8899264B2 (en) 2011-12-15 2014-12-02 Honeywell International Inc. Gas valve with electronic proof of closure system
US8947242B2 (en) 2011-12-15 2015-02-03 Honeywell International Inc. Gas valve with valve leakage test
US8905063B2 (en) 2011-12-15 2014-12-09 Honeywell International Inc. Gas valve with fuel rate monitor
US8839815B2 (en) 2011-12-15 2014-09-23 Honeywell International Inc. Gas valve with electronic cycle counter
US9995486B2 (en) 2011-12-15 2018-06-12 Honeywell International Inc. Gas valve with high/low gas pressure detection
US9835265B2 (en) 2011-12-15 2017-12-05 Honeywell International Inc. Valve with actuator diagnostics
US9074770B2 (en) 2011-12-15 2015-07-07 Honeywell International Inc. Gas valve with electronic valve proving system
US9557059B2 (en) 2011-12-15 2017-01-31 Honeywell International Inc Gas valve with communication link
US9234661B2 (en) 2012-09-15 2016-01-12 Honeywell International Inc. Burner control system
US10422531B2 (en) 2012-09-15 2019-09-24 Honeywell International Inc. System and approach for controlling a combustion chamber
US9249008B2 (en) 2012-12-20 2016-02-02 Industrial Technology Research Institute MEMS device with multiple electrodes and fabricating method thereof
EP2868970B1 (de) 2013-10-29 2020-04-22 Honeywell Technologies Sarl Regelungsvorrichtung
ITTO20130931A1 (it) * 2013-11-15 2015-05-16 St Microelectronics Srl Sensore di forza microelettromeccanico di tipo capacitivo e relativo metodo di rilevamento di forza
US10024439B2 (en) 2013-12-16 2018-07-17 Honeywell International Inc. Valve over-travel mechanism
US9841122B2 (en) 2014-09-09 2017-12-12 Honeywell International Inc. Gas valve with electronic valve proving system
US9645584B2 (en) 2014-09-17 2017-05-09 Honeywell International Inc. Gas valve with electronic health monitoring
JP2016170018A (ja) * 2015-03-12 2016-09-23 株式会社東芝 Mems装置
US10503181B2 (en) 2016-01-13 2019-12-10 Honeywell International Inc. Pressure regulator
US10416803B2 (en) 2016-09-21 2019-09-17 Apple Inc. Gasket with embedded capacitive sensor
US10564062B2 (en) 2016-10-19 2020-02-18 Honeywell International Inc. Human-machine interface for gas valve
DE102017216772A1 (de) * 2017-09-21 2019-03-21 Continental Automotive Gmbh Plattenkondensator
US11073281B2 (en) 2017-12-29 2021-07-27 Honeywell International Inc. Closed-loop programming and control of a combustion appliance
US10697815B2 (en) 2018-06-09 2020-06-30 Honeywell International Inc. System and methods for mitigating condensation in a sensor module

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1665616A (en) * 1923-10-26 1928-04-10 Rca Corp Electrical condenser
US1871048A (en) * 1926-02-01 1932-08-09 Dubilier Condenser Corp Adjustable condenser
US2439047A (en) * 1944-05-27 1948-04-06 Gen Motors Corp Pressure indicator
US2829520A (en) * 1955-02-14 1958-04-08 Austin N Stanton Pressure responsive transducers
US3328653A (en) * 1966-09-22 1967-06-27 Budd Co Thin film pressure transducer
US3422324A (en) * 1967-05-17 1969-01-14 Webb James E Pressure variable capacitor
US3619742A (en) * 1970-05-21 1971-11-09 Rosemount Eng Co Ltd Shielded capacitance pressure sensor
US3643041A (en) * 1970-12-30 1972-02-15 Unidynamics Phoenix Pushbutton diaphragm switch with improved dimple actuator and/or capacitance-type switch contact structure
US3693059A (en) * 1971-06-17 1972-09-19 Ibm Capacitive coupling switch and actuator
US3808480A (en) * 1973-04-16 1974-04-30 Bunker Ramo Capacitive pressure transducer

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0015368A1 (de) * 1979-02-02 1980-09-17 Albin Sprenger KG GmbH &amp; Co. Luftdruckgeber
FR2466012A1 (fr) * 1979-09-21 1981-03-27 Bosch Gmbh Robert Detecteur capacitif de pression et installation d'exploitation associe
DE3008572A1 (de) * 1980-03-06 1981-09-10 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Druckmessdose
DE3108300A1 (de) * 1980-03-06 1982-03-04 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Druckmessdose
EP0119673A1 (de) * 1983-01-03 1984-09-26 Illinois Tool Works Inc. Kraftwandler
DE9012560U1 (de) * 1990-09-01 1992-01-09 Platz, Karl Otto, 5226 Reichshof, De
DE19527919A1 (de) * 1995-07-29 1997-01-30 Beck Gmbh Druckmeselemente Druck-Meßeinrichtung
DE19527919C2 (de) * 1995-07-29 2000-01-13 Beck Gmbh Druckmeselemente Druck-Meßeinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
JPS566694B2 (de) 1981-02-13
DE2556947C3 (de) 1979-09-13
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FR2297485A1 (fr) 1976-08-06
CA1037575A (en) 1978-08-29
US3993939A (en) 1976-11-23
JPS51125858A (en) 1976-11-02
GB1517705A (en) 1978-07-12
DE2556947A1 (de) 1976-07-08

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