DE2706505A1 - Druckmesswandler - Google Patents
DruckmesswandlerInfo
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Description
In der medizinisch-physiologischen Praxis ist der Blutdruck die am häufigsten gemessene Größe. Es gibt blutige
und unblutige Verfahren zum Messen des Blutdrucks. Die bekannteste unblutige Methode (Riva-Rocci-Methode) benutzt
eine Manschette und ein Sphygmo-Manometer zum Feststellen des maximalen und minimalen Druckes, welche
üblicherweise als systolischer und diastolischer Druck
bezeichnet werden. Die Interpretation des Verschwindens und Wiedererscheinens der Korotkow-Geräusche zum
Schätzen des systolischen und diastolisehen Druckes
ist sehr subjektiv, so daß verbesserte Verfahren erforderlich sind, um mehr Information aus den Druckschwankungen
zu erhalten.
Blutige Methoden liefern mehr Information, erfordern jedoch eine Punktion des Blutgefäßes. Bei Benutzung dieses
Verfahrens wird der Druckwandler in das Blutgefäß eingeführt, oder er befindet sich außerhalb des Blutgefäßes
und ist mit diesem über eine Röhre verbunden. Für eine sehr genaue Erfassung des Druckimpulses sollte der
Meßwandler so nah wie möglich an der Punktionsstelle
angeordnet sein, wobei eine möglichst kurze Röhre verwendet werden sollte. Daher muß der Meßwandler klein
sein, eine steife Membrane haben und robust konstruiert sein.
Für die Blutdruckmessung geeignete Meßwandler sind üblicherweise so aufgebaut, daß sie den Druck, d.h. die Kraft pro
Flächeneinheit in eine dazu proportionale Auslenkung umwandeln. Diese Auslenkung kann wiederum dazu benutzt
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Int. Az.: Case 1052
Int. Az.: Case 1052
werden, eine Induktivität, eine Kapazität oder einen
Widerstand zu verändern. Induktive und Widerstands-Meßwandler sind relativ instabil in Bezug auf Temperaturschwankungen.
Außerdem ist der induktive Typ empfindlich gegen Erschütterungen. Die bekannten kapazitiven
Meßwandler sind im allgemeinen schwierig herzustellen, jedoch sehr robust und zuverlässig.
Der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Druckmeßwandler
zu schaffen, der robust und zuverlässig ist und zugleich
einfach herzustellen ist.
Der erfindungsgemäße kapazitive Meßwandler ist sehr stabil. Eine erfindungsgemäße Ausflihrungsform wird
aus geschmolzenem Quarz hergestellt und weist eine Membran und einen Körper auf, welche sehr flach sind.
Der Körper des Meßwandlers hat eine durch Ionenbearbeitung hergestellte Ausnehmung. Unter Benutzung bekannter
Dünnfilm-Beschichtungsverfahren werden auf die Membran und den Körper geeignete Elektroden aufgebracht.
Auf die Peripherie dieser Teile wird außerdem im Vakuum eine eutektische Lötlegierung aufgebracht.
Unter Benutzung verbesserter Lötverfahren werden diese Teile zusammengelötet und bilden einen
Meßfühler-Kondensator. Die Kapazität dieses Kondensators
ändert sich als Funktion des der Membran zugeführten Druckes. Der Körper ist mit einer geeigneten
Entlüftung versehen, so daß der Blutdruck relativ
zum atmosphärischen Druck gemessen wird (d.h.
überdruck statt absoluter Druck).
Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält die Membran eine zweite elektrisch isolierte Ringelektrode,
so daß ein Referenzkondensator mit der gemeinsamen Elektrode des Körpers gebildet wird. Die Kapazität
des Referenzkondensators ändert sich sehr wenig, wenn die Membran ausgelenkt wird, und sein Temperaturko-
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effizient ist dem Temperaturkoeffizienten des Meßfühlerkondensators
weitgehend angepaßt. Der Meßfühlerkondensator und der Referenzkondensator sind mit einer geeigneten
Schaltung verbunden, die ein elektrisches Signal erzeugt, welches entsprechend den Änderungen des Meßfühlerkondensators
sein Wert ändert, so daß eine Anzeige des Druckes mit wesentlich verbesserter Linearität und Temperaturstabilität
gegenüber dem Stand der Technik erfolgt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen
Figur 1 einen Querschnitt eines eingekapselten kapazitiven
Blutdruck-Meßwandlers gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung; Figur 2 eine Explosionszeichnung des Blutdruck-Meßwandlers
gemäß Figur 1;
Figur 3a-d Bogenstücke der Peripherie der Membran des Meßwandlers gemäß Figur 1 mit verschiedenen Mustern einer in Segmente aufgeteilten Lötlegierungsleiste;
Figur 3a-d Bogenstücke der Peripherie der Membran des Meßwandlers gemäß Figur 1 mit verschiedenen Mustern einer in Segmente aufgeteilten Lötlegierungsleiste;
Figur 4 einen Querschnitt durch den Meßwandler gemäß Figur 1, der die Membran im ausgelenkten Zustand
zeigt;
Figur 5 eine Explosionszeichnung einer weiteren Ausführungsform
des Meßwandlers gemäß Figur 1;
Figur 6 einen Querschnitt des Meßwandlers gemäß Figur 5 mit einer anderen Lot- und Zusammenbau-Konfiguration;
Figur 7a eine Explosionszeichnung einer weiteren Ausführungsform des Meßwandlers gemäß Figur 1;
Figur 7b eine graphische Darstellung des elektrischen Ausgangssignals des Meßwandlers gemäß Figur 7a
in Abhängigkeit vom Druck; und
Figur 8 eine Draufsicht auf einen Referenzkondensator
mit ineinandergreifenden Fingern.
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Wie in Figuren 1 und 2 dargestellt ist, ist in einem Gehäuse 10 ein Meßwandler 11 angeordnet. Das Gehäuse
10 weist eine Basis 12 auf, die eine Entlüftung 121 und einen entfernbaren Deckel 14 mit Einlassen 141
und 142 besitzt. Der Meßwandler 11 enthält einen Körper 114, welcher mit einer Elektrode 115 aus Chrom
und Gold versehen ist, welche in eine geätzte Ausnehmung 116 eingelagert ist. Durch den Körper 114 führt
eine Entlüftungsöffnung 117. Auf einer Membran llO
befindet sich eine Elektrode 112. Die Membran 110 und der Körper 114 bestehen aus geschmolzenem Quarz.
Es können selbstverständlich auch andere Materialien
mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften benutzt werden. Längs des Randes sowohl des Körpers 114 als
auch der Membran 110 verläuft eine Leiste 113 aus Lötlegierung. Das Wesen der Leiste 113 ist weiter unten
erläutert. Ein zwischen Deckel 14 und Membran gebildeter Hohlraum 101 ist durch eine nachgiebige
Membran Io2 abgeschlossen, die ein Dielektrikum 104 und eine Dichtung 103 bedeckt, so daß eine Salzlösung
eingeschlossen wird. Die Salzlösung wird über den Zugang 141 zugeführt. Der Eingang 142 nimmt die
Druckschwankungen über einen Katheter auf, welche dann über die Salzlösung, die Membran 102 und das
Membran 110 und der Körper 114 werden durch Ionen-Bearbeitung, Sprüh/Ätztechniken o.a. gebildet. Dadurch
wird es möglich, sehr flache Ausnehmungen (z.B. die Ausnehmung 116) in das Quarzmaterial zu ätzen,
so daß sehr schmale Spalten zwischen zwei darauf aufgebrachten Elektroden gebildet werden. Dadurch sind
Quarzkondensatoren mit großen Anfangskapazitäten herstellbar. Bekannte Kondensatoren waren auf Werte in
der Größenordnung von 1 bis 10 pF beschränkt, während nunmehr Kapazitäten von etwa 200 pF möglich sind.
Die Verfügbarkeit von Quarzkondensatoren mit großen Kapazitätswerten ist wichtig, da die Effekte der
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Streukapazitäten auf die Arbeitsweise eines kapazitiven
Wandlers dadurch minimiert werden. Die geätzten Oberflächen sind für alle praktischen Zwecke genauso gut wie die ursprüngliche
polierte Oberfläche des Quarzes. Dadurch wird es möglich, DUnnfilmelektroden hoher Qualität direkt auf
die geätzte Oberfläche aufzubringen.
Die Leiste 113 besteht aus einer eutektischen Legierung aus Zinn und Gold und dient dazu, Membran 110 und Körper
114 miteinander zu verlöten. Diese Metalle sind als dünne Filme mittels geeigneter Edelstahlmasken auf den
geschmolzenen Quarz aufgebracht. Das Löten erfolgt im
Vakuum, indem auf die Peripherie der Membran 10, nachdem diese auf den Körper 114 aufgesetzt ist, Kraft ausgeübt
wird und die Teile gleichzeitig auf ungefähr 20O0C für ungefähr 55 Minuten aufgeheizt werden, nach welcher
Zeit die Temperatur allmählich auf 26O0C für weitere 45
Minuten erhöht wird. Der zusammengesetzte Meßwandler wird dann ellmählich abgekühlt. Die während des Lötens
aufgebrachte Kraft übt ein Biegemoment auf die Membran 110 aus, was die Gefahr minimiert, daß die Elektroden
des Meßwandlers kurzgeschlossen werden. Es ergibt sich also eine kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden
112 und 115.
Die Lötlegierung ist typischerweise auf eine kontinuierliehe
Leiste gegebener Breite und Dicke um die Peripherie der zusammenzusetzenden Teile herum aufgebracht.
Solch eine Lötleiste kann jedoch infolge Temperaturkoeffizient-Fehlanpassung
zu übermäßigen Spannungen im Quarzmaterial während des Lötprozesses führen. Durch
solche übermäßigen Spannungen werden die Teile oft zerbrochen oder zumindest deformiert, insbesondere die
Membran 110. Eine Deformation der Membran 110 führt wiederum zu einer ndcht linearen Betriebsweise des Druckanzeigers,
was weiter unten erläutert wird. Um solche Spannungen zu minimieren, wird die Lötlegierungsleiste
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in einem Segmentmuster aufgebracht, welches ein im wesentlichen
gleichförmiges Anklemmen der Membran 110 auf den
Körper 114 zurFolge hat. In den Figuren 3a bis 3d sind verschiedene Segmentmuster für die Leiste 113 dargestellt.
Eine Reduzierung der thermischen Spannungen wirkt auf andere temperaturempfindliche Parameter wie die thermische
NuI!verschiebung und der Temperaturkoeffizient der
Empfindlichkeit. Hinzu kommt,daß eine segmentartige Verlötung
einer breiten Verlötung durchaus äquivalent ist, da nach dem Zusammensetzen die Membran 110 und der Körper
114 einen homogenen Quarzwandler annähern. Eine breite Lötleiste ist erforderlich, um einen Bereich zu schaffen,
auf dem das Gehäuse des Meßwandlers ruhen kann, ohne daß die thermische NuI1 verschiebung wesentlich beeinflußtwird.
Außerdem verringert die Segmentierung die Möglichkeit, daß das Lötmetall in benachbarte Bereiche
während des Lötens fließen kann. Obwohl zwischen den Teilen einzelne voneinander abgegrenzte Verbindungsstellen
entstehen, ergibt sich eine gleichförmige Festigkeit längs der Peripherie des Meßwandlers.
Gemäß Figur 4 ist die Kapazität dieses Kondensators gegeben durch
Dabei sind A die Fläche der kleinsten Elektrode und t der Abstand zwischen den Elektroden.
Im Idealfall ist die Elektrodenbewegung in Abhängigkeit
vom Druck linear. Der Elektrodenabstand beträgt demnach
t = t0 - K2P (2)
Dabei ist tQ der Abstand zwischen den Elektroden ohne
Druckbeaufschlagung.
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K1A C = 1
VK2P
oder
P = t
Da C5 = C<.q, wenn P = O, und wenn außerdem eine Signalverarbeitungs-Elektronik
vorhanden ist, ergibt sich eine Ausgangsspannung der Form
D.h., e ist ein Konstante multipliziert mit dem zugeführten
Druck P.
Ob die Ausgangsspannung e sich linear mit B ändert, hängt
davon ab, ob der Kondensator ideal ist, d.h. ob seine Elektroden bei zugeführten Druck parallel bleiben.
Wie in Figur 4 dargestellt ist wird erfindungs-gemäß ein
idealer Kondensator mit parallelen Platten dadurch angenähert, daß die Membran festgeklemmt ist. In Figur 4 ist
die Membran 110 auch im ausgelenkten Zustand (gestrichelte Linien) dargestellt. Der Elektrodenabstand hängt von der
Auslenkung der eingeklemmten Membran ab, jedoch ist der Abstand nicht in einfacher Weise vom anliegenden Druck
abhängig, was auf der Deformation der Elektrodenebene beruht. Während die Auslegung selbst nicht gleichförmig
über den Durchmesser der Membranelektrode 112 ist, ist sie jedoch eine vorhersehbare Funktion des Druckes und hängt
von den elastischen Eigenschaften des Membranmaterials,
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Hf*.
dem Membrandurchmesser und der Membrandicke, sowie der Qualität der Membranbefestigung ab.
Da der Abstand der ausgelenkten Elektroden nicht konstant ist, ergibt sich die Gesamtkapazität, die einem gegebenen
Druck entspricht unter Benutzung der Gleichung (1) durch Integration der infinitesemalen Kapazitäten von r = 0 bis
r = b. Es ergibt sich der folgende funktionale Zusammenhang für die Kapazität in Abhängigkeit vom Druck:
Γ? K. P - K fT - K .
b c d
Dabei sind K,, K., K und K. Funktionen der Spaltbreite, a b c ο
der Dicke und des Durchmessers der Membrane 110, ihrer elastischen Eigenschaften und der Größe der Elektroden.
Im Grenzfall entsprechend der Regel von 1'Hospital reduziert
sich dieser nicht-linearer Ausdruck auf die Gleichung (1), wenn sich P dem Wert 0 nähert, und die Betriebsweise
des Meßwandlers gemäß Figur 2 wird mathematisch durch die Gleichung (1) approximiert.
Eine verbesserte Linearität läßt sich erreichen durch Benutzung einer ringförmigen Elektrode 501 auf einer
Membran 50, wie in Figuren 5A und 5B dargestellt ist. Aus der bekannten Theorie der eingeklemmten Membrane mit
einem Radius a ergibt sich, daß beim Momenten-Nul1 kreis (Radius 0,63a) die Krümmung der ausgelenkten Membran ihr
Vorzeichen wechselt, wie in Figur 5A dargestellt ist.
Wenn sich die ringförmige Elektrode 501 im wesentlichen auf dem Momenten-Nul1 kreis der Membran befindet, werden
die Kapazitätsänderungen, die sich aus der Deformation der Elektrodenfläche ergeben, reduziert, und das Verhalten
des Meßwandlers wird mehr linear und proportional zu jr (d.h. die Kapazität ändert sich im wesentlichen als
Funktion der vertikalen Auslenkung δ). Die Empfindlichkeit dieses Meßwandlers ist jedoch geringer als die des
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oben beschriebenen, da die Auslenkung bei gleichem Druck in der Nähe des festgeklemmten Randes sehr klein ist.
Wie oben festgestellt wurde, ist die Nichtlinearität bei
gleichen Kapazitäten geringer bei Benutzung einer Ringelektrode. In Anwendungsfällen wie der Phonokardiographie
bei der eine naturgetreue Reproduktion der Herzgeräusche notwendig ist, ist die Linearität des Meßwandlers sehr
wesentlich.
Figur 5b zeigt eine weitere Möglichkeit für eine Wandlerkonstruktion.
Durch die Ionenbearbeitung oder Aufdampfen/ Ätzen wurden Böcke 505, 506, 507, 525, 526 und 527 erzeugt.
Die Höhe der Böcke ist gleich dem Spalt des kapazitiven Meßwandlers. Oberall um diese Böcke herum ist
Lötlegierung 528 aufgebracht. Wenn Membran 50 und Körper 52 miteinander verlötet werden, berühren die Böcke den
gegenüberliegenden Teil, und die Membran 50 wird gleichmäßig
längs der Peripherie befestigt und vom Körper um die Höhe der Böcke separiert.
Figur 6 zeigt eine weitere Möglichkeit für eine Meßwandlerkonstruktion.
Hier ist längs der Peripherie des Körpers 60 ein Kanal 62 eingeätzt, in welchem sich eine
Lötleiste 64 befindet. Die Membran 66 trägt eine dazu passende Lötleiste. Wenn die Membran 66 wie oben beschrieben
mit dem Körper 60 gelötet wird, sitzt die Membran 66 flach auf den Seiten des Kanals 62 auf und die Lötleisten
verschmelzen miteinander und bilden die erforderliche Verbindung. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht darin,
daß der Meßwandler im wesentlichen immun gegen äußere Kräfte an den Punkten "a" und "b" ist, wodurch die Unbeeinflußbarkeit
des Meßwandlerbetriebs bewahrt wird.
Solche Kräfte könnten von einem Meßwandlergehäuse herrühren,
wie es z.B. in Figur 1 dargestellt ist.
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In vielen Druckmeßsystemen, in denen ein kapazitiver Meßwandler benutzt wird, wird ein Festkondensator, der unabhängig
vom Druck ist, als Referenz benutzt. Ein solcher Referenzkondensator kann sich außerhalb des Meßwandlers
befinden, jedoch sollte sein Temperaturkoeffizient zu dem des Meßfühler-Kondensators passen, wenn er sich in
derselben Umgebung befindet. Externe Kondensatoren mit Temperaturkoeffizienten in der Größe von 10 ppm/°C sind
nicht ohne weiteres verfügbar, und sie sind nicht klein.
Der in Figur 7A dargestellte kapazitive Meßwandler enthält
einen Meßfühler-Kondensator entsprechend der Konfiguration in Figur 2 und außerdem (entsprechend der Tatsache,
daß die Auslenkung der Membran in der Nähe ihres eingeklemmten Randes sehr klein ist ) einen Referenzkondensator
entsprechend der Konfiguration der Figur 5B, jedoch näher am eingeklemmten Rand. Der Meßfühler-Kondensator
weist eine Elektrode 703 auf einerMembran 70 und eine gemeinsame Elektrode 710 auf einem Körper 71 auf,
während der Referenzkondensator aus einer Elektrode 701 auf der Membran 70 und der gemeinsamen Elektrode 710
besteht.
Die Kapazität dieses Referenzkondensators ändert sich
ein wenig mit den Druckänderungen, jedoch ist diese Änderung nicht groß genug, um die Linearität wesentlich
zu beeinträchtigen. Darüber hinaus hat dieser Referenzkondensator
einen Temperaturkoeffizienten der dem des Meßfühler-Kondensators sehr nahekommt. Der Referenzkondensator
hat außerdem eine zweckmäßige Größe und Konfiguration.
Es ist zu beachten, daß die Empfindlichkeit der aus Meßfähler-und
Referenzkondensator gebildeten Schaltung vom Verhältnis derer beider Kapazitätswerte abhängt beim
dargestellten Schema behalten die beiden Kondensatoren im wesentlichen immer das gleiche Verhältnis, unddieses
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den Körper des Meßwandlers eingeätzt ist.
Gemessene Daten eines Meßwandlers mit einem kreisförmigen Referenzkondensator sind in Figur 7b dargestellt, in welcher
das elektrische Ausgangssignal einer geeigneten Auswerteschaltung als Funktion des Druckers aufgetragen ist.
Zum Vergleich ist die Kurve aufgetragen, die der Benutzung eines externen Referenzkondensators entspricht. Während
die Linearität nicht beeinträchtigt ist, ist die Empfindlichkeit geringfügig kleiner, da sich anders als beim
Ausführungsbeispiel der Referenzkondensator mit dem Druck ändert.
Wenn es wünschenswert ist, einen vom Druck unabhängigen Referenzkondensator zu verwenden, kann das in Figur 8
dargestellte Schema benutzt werden. Hier ist auf dem Körper 8o ein planarer Referenzkondensator 801 gebildet,
der als Kondensatorplatten ineinandergreifende Finger
aufweist.
Die gemeinsame Elektrode 802 befindet sich in der Mitte des Körpers 80, ähnlich wie bei den vorbeschriebenen
Konfigurationen. Um eine Kapazität von 50 pF zu erhalten, sind einige hundert Finger von 2,5 mm Länge erforderlich.
Die Kapazität zwischen den ineinandergreifenden Finger ist eine Funktion der Länge der Finger, der Elektrizitätskonstante
Er des Basismaterials, des Verhältnisses
der Fingerbreite zum Abstand zwischen ihnen und der Gesamtzahl N der Finger. In erster Annäherung ergibt sich
für den Fall, daß die Fingerbreite gleich deren Abstand ist, die Kapazität durch
C ü 4.5 L (1 + Er) (N - 1)
photolithographischer- und Dünnfilm-Verfahren gebildet
werden. Da der Kondensator auf der Oberfläche des Körpers gebildet wird, ist er vom Druck unabhängig. In Figur 8
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sind mit 803 die Referenzelektrode und mit 804 die
Meßfühler-Elektrode (auf der Membran) dargestellt.
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Leerseite
Claims (12)
1. 'Druckmeßwandler, gekennzeichnet durch
einen Quarzkörper (114; 52; 60; 80) mit einer längs dessen Peripherie verlaufenden Leiste (113; 528; 64) aus einer
Lötlegierung und mit einer Körperelektrode (115; 710;
802) aus elektrisch leitendem Material; einer Quarzmembran (110; 50; 66) mit einer längs der Peripherie verlaufenden
Leiste (113; 528; 64) aus einer Lötlegierung zum Anlöten an die entsprechende Leiste des Quarzkörpers;
einer Meßfühlerelektrode (112; 501; 703; 804) aus elektrisch
leitendem Material auf der Quarzmembran in kapazitiver Kopplung mit der Körperelektrode, so daß ein
Meßfühler-Kondensator entsteht, wobei die Quarzmembran durch die Druckschwankungen ausgelenkt wird und die
Kapazität des Meßfühler-Kondensators im wesentlichen proportional zu den Druckschwankungen ändert.
2. Druckmeßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Körperelektrode sich in einer flachen Vertiefung im Quarzkörper befindet.
3. Druckmeßwandler nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet,
daß die Meßfühlerelektrode kreisförmig
ist und sich im Momenten-Nul1kreis der Quarzmembran
befindet.
4. Druckmeßwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gea
kennzeichnet, daß jede Leiste aus eutektischer Lötlegierung als Segmentmuster ausgebildet ist.
5. Druckmeßwanlder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine kreisförmige
Elektrode mit einem Innendurchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser der Meßfühlerelektrode ist,
daß die kreisförmige Elektrode in der Nähe der Peripherie
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der Membran angeordnet und kapazitiv mit der Körperelektrode gekoppelt ist, so daß ein Referenzkondensator
gebildet wird, dessen Kapazität bei Druckänderungen im wesentlichen unverändert bleibt.
6. Druckmeßwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler- und der Referenzkondensator
im wesentlichen den gleichen Temperaturkoeffizienten haben.
7. Druckmeßwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper einen
planeren Referenzkondensator aufweist, der in der Nähe der Peripherie der Membran angeordnet ist und durch ineinandergreifende
Dünnfilm-Finger als Kondensatorelektroden gebildet wird.
8. Druckmeßwandler nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von
Böcken längs der Peripherie der Membran und des Körpers angeordnet ist und derAbstand zwischen beiden durch
die Höhe dieser Böcke bestimmt wird.
9· Druckmeßwandler nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet,
daß die MeßfUhlerelektrode kreisförmig ist.
10. Druckmeßwandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühlerelektrode im wesent-
liehen auf dem Momenten-Nul1 kreis der Membran angeordnet
ist.
11. Druckmeßwandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler- und der planare
Referenzkondensator im wesentlichen den gleichen Temperatürkoeffizienten
haben.
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Int. Az.: Case 1052
12. Verfahren zum Verlöten einer Membran und eines Körpers eines kapazitiven Quarz-Druckmeßwandlers, dadurch
gekennzeichnet, daß längs der Peripherie
einer Oberfläche des Körpers eine Leiste aus eutektischer Lötlegierung aufgebaut wird;
daß längs der Peripherie einer Oberfläche der Membran eine Leiste aus eutektischer Lötlegierung aufgebracht
wird;
daß die beiden Leisten erhitzt werden, nachdem Membran und Körper zusammengesetzt wurden;
daß auf die Peripherie der Anordnung eine Kraft ausgeübt wird, daß die Anordnung für weniger als eine Stunde
auf ungefähr 2000C aufgeheizt wird, daß die Temperatur für eine weitere Zeitspanne von
weniger als einer Stunde allmählich auf 2600C erhöht wird;
und daß die Anordnung allmählich auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/668,760 US4064550A (en) | 1976-03-22 | 1976-03-22 | High fidelity pressure transducer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2706505A1 true DE2706505A1 (de) | 1977-10-06 |
DE2706505C2 DE2706505C2 (de) | 1985-01-31 |
Family
ID=24683611
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2706505A Expired DE2706505C2 (de) | 1976-03-22 | 1977-02-16 | Kapazitiver Druckmeßwandler |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US4064550A (de) |
JP (1) | JPS5821689B2 (de) |
CA (1) | CA1073237A (de) |
DE (1) | DE2706505C2 (de) |
GB (2) | GB1569941A (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0018284A1 (de) * | 1979-04-16 | 1980-10-29 | The Bendix Corporation | Verfahren zum Vakuumverschliessen einer kapazitiven Druckkapsel |
EP0018283A1 (de) * | 1979-04-16 | 1980-10-29 | The Bendix Corporation | Drucksensor |
EP0351701A2 (de) * | 1988-07-22 | 1990-01-24 | Endress u. Hauser GmbH u. Co. | Drucksensor und Verfahren zu seiner Herstellung |
EP0445382A2 (de) * | 1990-01-22 | 1991-09-11 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co. | Drucksensor und dessen Herstellverfahren |
WO1992012408A1 (de) * | 1991-01-14 | 1992-07-23 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Drucksensor |
WO2007023168A1 (de) * | 2005-08-23 | 2007-03-01 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Drucksensor für hydraulische medien in kraftfahrzeugbremssystemen und dessen verwendung |
Families Citing this family (52)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4158217A (en) * | 1976-12-02 | 1979-06-12 | Kaylico Corporation | Capacitive pressure transducer with improved electrode |
US4207604A (en) * | 1976-12-02 | 1980-06-10 | Kavlico Corporation | Capacitive pressure transducer with cut out conductive plate |
DE2742921C2 (de) * | 1977-09-23 | 1985-07-11 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum mittelbaren Verbinden zweier Teile durch Verschweißung zweier Metallauflagen |
US4204244A (en) * | 1978-01-23 | 1980-05-20 | Motorola, Inc. | Electromechanical pressure transducer |
US4178621A (en) * | 1978-01-23 | 1979-12-11 | Motorola, Inc. | Electromechanical pressure transducer |
US4273204A (en) * | 1978-05-30 | 1981-06-16 | The Jade Corporation | Capacitive force load cell for weighing scale |
US4185641A (en) * | 1978-08-23 | 1980-01-29 | Hewlett-Packard Company | Pressure dome |
US4292659A (en) * | 1978-10-02 | 1981-09-29 | The Bendix Corporation | Pressure sensing capacitive transducer |
US4295376A (en) * | 1978-12-01 | 1981-10-20 | Besco Industries, Inc. | Force responsive transducer |
US4227419A (en) * | 1979-09-04 | 1980-10-14 | Kavlico Corporation | Capacitive pressure transducer |
CA1152603A (en) * | 1979-09-28 | 1983-08-23 | Bfg Glassgroup | Capacitive systems for touch control switching |
US4301492A (en) * | 1980-01-28 | 1981-11-17 | Paquin Maurice J | Pressure-sensing transducer |
US4329732A (en) * | 1980-03-17 | 1982-05-11 | Kavlico Corporation | Precision capacitance transducer |
US4332000A (en) * | 1980-10-03 | 1982-05-25 | International Business Machines Corporation | Capacitive pressure transducer |
US4422335A (en) * | 1981-03-25 | 1983-12-27 | The Bendix Corporation | Pressure transducer |
JPS5855732A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-02 | Hitachi Ltd | 静電容量型圧力センサ |
US4422125A (en) * | 1982-05-21 | 1983-12-20 | The Bendix Corporation | Pressure transducer with an invariable reference capacitor |
US4425799A (en) * | 1982-06-03 | 1984-01-17 | Kavlico Corporation | Liquid capacitance pressure transducer technique |
US4486812A (en) * | 1983-02-28 | 1984-12-04 | Sperry Corporation | Capacitive pressure transducer |
US4523474A (en) * | 1983-08-12 | 1985-06-18 | Borg-Warner Corporation | Capacitive pressure sensor |
JPH0672825B2 (ja) * | 1984-08-30 | 1994-09-14 | 株式会社豊田中央研究所 | トルク測定装置 |
IL82960A0 (en) * | 1986-06-30 | 1987-12-20 | Rosemount Inc | Differential pressure sensor |
JPH0542353Y2 (de) * | 1987-11-13 | 1993-10-26 | ||
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 |
US5165281A (en) * | 1989-09-22 | 1992-11-24 | Bell Robert L | High pressure capacitive transducer |
US5150759A (en) * | 1990-10-29 | 1992-09-29 | Borchard John S | Capacitor-sensor |
FR2676542B1 (fr) * | 1991-05-17 | 1993-09-17 | Otic Fischer & Porter | Cellule piezometrique et son procede de scellement. |
US5224383A (en) * | 1991-06-14 | 1993-07-06 | Industrial Sensors, Inc. | Melt pressure measurement and the like |
US5155653A (en) * | 1991-08-14 | 1992-10-13 | Maclean-Fogg Company | Capacitive pressure sensor |
US5868678A (en) * | 1993-06-30 | 1999-02-09 | Medex, Inc. | Two-part medical pressure transducer with diaphragm stand-offs |
WO1997001364A1 (en) * | 1993-06-30 | 1997-01-16 | Medex, Inc. | Medical pressure transducer with sliding components |
US5535752A (en) * | 1995-02-27 | 1996-07-16 | Medtronic, Inc. | Implantable capacitive absolute pressure and temperature monitor system |
DE19527919C2 (de) * | 1995-07-29 | 2000-01-13 | Beck Gmbh Druckmeselemente | Druck-Meßeinrichtung |
US5753820A (en) * | 1996-10-25 | 1998-05-19 | Arthur D. Little, Inc. | Fluid pressure sensing unit incorporating diaphragm deflection sensing array |
JP3339563B2 (ja) * | 1998-06-09 | 2002-10-28 | 株式会社山武 | 静電容量式センサ |
US6958522B2 (en) * | 2001-07-05 | 2005-10-25 | International Business Machines Corporation | Method to fabricate passive components using conductive polymer |
US6536287B2 (en) | 2001-08-16 | 2003-03-25 | Honeywell International, Inc. | Simplified capacitance pressure sensor |
US7107837B2 (en) | 2002-01-22 | 2006-09-19 | Baxter International Inc. | Capacitance fluid volume measurement |
US7021148B2 (en) | 2002-04-30 | 2006-04-04 | Baxter International Inc. | Apparatus and method for sealing pressure sensor membranes |
WO2005040744A2 (en) * | 2003-10-10 | 2005-05-06 | Sierra Scientific Instruments, Inc. | High resolution solid state pressure sensor |
US20080171418A1 (en) * | 2006-08-04 | 2008-07-17 | International Business Machines Corporation | Method to Fabricate Passive Components Using Conductive Polymer |
EP2229967B1 (de) | 2009-03-17 | 2020-04-15 | F.Hoffmann-La Roche Ag | Kanülenanordnung und ambulantes Infusionssystem mit Drucksensor aus koplanaren Schichtstapeln |
US20110313322A1 (en) * | 2010-05-06 | 2011-12-22 | Helge Fossan | Liquid pressure force sensor |
US9016133B2 (en) * | 2011-01-05 | 2015-04-28 | Nxp, B.V. | Pressure sensor with pressure-actuated switch |
US9249008B2 (en) | 2012-12-20 | 2016-02-02 | Industrial Technology Research Institute | MEMS device with multiple electrodes and fabricating method thereof |
US9554785B2 (en) | 2012-12-21 | 2017-01-31 | Essential Medical, Inc. | Vascular locating systems and methods of use |
US9285207B2 (en) * | 2013-03-13 | 2016-03-15 | Invensense, Inc. | Linear capacitive displacement sensor |
US9383283B2 (en) * | 2014-01-16 | 2016-07-05 | Sensata Technologies, Inc. | Pressure transducer with capacitively coupled source electrode |
US10312119B2 (en) * | 2016-02-17 | 2019-06-04 | Lam Research Corporation | Line charge volume with integrated pressure measurement |
US10515783B2 (en) | 2016-02-23 | 2019-12-24 | Lam Research Corporation | Flow through line charge volume |
US11350919B2 (en) | 2019-02-19 | 2022-06-07 | Teleflex Life Sciences Limited | Puncture locating system with blood pulsation indicator |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2459612A1 (de) * | 1973-12-26 | 1975-07-10 | Bendix Corp | Kapazitiver druckwandler |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US227370A (en) * | 1880-05-11 | Albon ma s | ||
US2437212A (en) * | 1942-12-23 | 1948-03-02 | Frederic D Schottland | Electric condenser and method for making the same |
US2701909A (en) * | 1950-10-11 | 1955-02-15 | Gen Electric | Method of making glass to metal seals |
US3202899A (en) * | 1961-12-21 | 1965-08-24 | Gen Motors Corp | Motor control system |
US3284176A (en) * | 1963-10-28 | 1966-11-08 | North American Aviation Inc | Bonded metallic and metalized ceramic members and method of making |
DE1646989B1 (de) * | 1965-03-24 | 1971-05-13 | Siemens Ag | Vakuumdichte verbindung zwischen einem karamikrohr und einem scheibenfoermigen metallteil eines elektrischen ent ladungsgefaesses |
DE2021479A1 (de) * | 1970-05-02 | 1971-11-11 | Kleinwaechter Hans | Druckmessgeraet zur Messung von Drucken in Gasen und Fluessigkeiten |
US3748571A (en) * | 1972-09-07 | 1973-07-24 | Kulite Semiconductors Products | Pressure sensitive transducers employing capacitive and resistive variations |
GB1450709A (en) * | 1973-12-31 | 1976-09-29 | Birchall D J | Pressure transducers |
US3949246A (en) * | 1974-12-23 | 1976-04-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Piezoelectric bimorph controlled variable capacitor |
-
1976
- 1976-03-22 US US05/668,760 patent/US4064550A/en not_active Expired - Lifetime
-
1977
- 1977-01-26 GB GB3162/77A patent/GB1569941A/en not_active Expired
- 1977-01-26 GB GB1548/79A patent/GB1569942A/en not_active Expired
- 1977-02-16 DE DE2706505A patent/DE2706505C2/de not_active Expired
- 1977-02-23 CA CA272,443A patent/CA1073237A/en not_active Expired
- 1977-03-22 JP JP52031449A patent/JPS5821689B2/ja not_active Expired
- 1977-05-18 US US05/797,978 patent/US4129242A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2459612A1 (de) * | 1973-12-26 | 1975-07-10 | Bendix Corp | Kapazitiver druckwandler |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0018284A1 (de) * | 1979-04-16 | 1980-10-29 | The Bendix Corporation | Verfahren zum Vakuumverschliessen einer kapazitiven Druckkapsel |
EP0018283A1 (de) * | 1979-04-16 | 1980-10-29 | The Bendix Corporation | Drucksensor |
EP0351701A2 (de) * | 1988-07-22 | 1990-01-24 | Endress u. Hauser GmbH u. Co. | Drucksensor und Verfahren zu seiner Herstellung |
EP0351701A3 (de) * | 1988-07-22 | 1991-06-26 | Endress u. Hauser GmbH u. Co. | Drucksensor und Verfahren zu seiner Herstellung |
EP0445382A2 (de) * | 1990-01-22 | 1991-09-11 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co. | Drucksensor und dessen Herstellverfahren |
US5050034A (en) * | 1990-01-22 | 1991-09-17 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co. | Pressure sensor and method of manufacturing same |
EP0445382A3 (en) * | 1990-01-22 | 1991-12-04 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co. | Pressure transducer and its manufacturing method |
WO1992012408A1 (de) * | 1991-01-14 | 1992-07-23 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Drucksensor |
WO2007023168A1 (de) * | 2005-08-23 | 2007-03-01 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Drucksensor für hydraulische medien in kraftfahrzeugbremssystemen und dessen verwendung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS52114386A (en) | 1977-09-26 |
US4129242A (en) | 1978-12-12 |
CA1073237A (en) | 1980-03-11 |
DE2706505C2 (de) | 1985-01-31 |
US4064550A (en) | 1977-12-20 |
GB1569941A (en) | 1980-06-25 |
GB1569942A (en) | 1980-06-25 |
JPS5821689B2 (ja) | 1983-05-02 |
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