DE2709945A1 - Kapazitiver druckwandler und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Kapazitiver druckwandler und verfahren zu dessen herstellung

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Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · Π 4?no EiSSbN ι · AM RUHRSTEIN 1 ■ TEL.: (02 Ql) 4126.87
κ 7927099 Λ
KAVLICO CORPORATION, 20869 Plummer Street, Chatsworth Kalifornien 91311 U.S.A.
Kapazitiver Druckwandler und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Druckwandler zur Verwendung in Verbindung mit elektronischen Schaltungen sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Die Bestimmung des Gas- oder Flüssigkeitsdrucks ist für viele meß- und regelungstechnischen Aufgaben notwendig. Ebenfalls häufig braucht man eine Vorrichtung zur Messung des Drucks von Strömungsmedien in Maschinen und Anlagen. Druckmeßvorrichtungen sind daher in vielen verschiedenen Ausführungen bekannt. Eine solche bekannte Vorrichtung arbeitet nach dem piezoelektrischen Prinzip und erzeugt eine Spannung, die dem auf sie einwirkenden Druck proportional ist. Derartige piezoelektrische Druckmeßvorrichtungen sind vor allem zweckmäßig zur Messung von Druckänderungen, während sie zur Messung eines statischen Drucks weniger geeignet sind. Außerdem sind piezoelektrische Meßfühler relativ unempfindlich und haben demgemäß geringe Genauigkeit.
Bekannt sind auch Dehnungsmesser, die als Widerstandsmeßein— richtungen eine auf den angelegten Druck uezogene Wider t;tandsünderuncj erfahren. Mit Dehnungsmessern kann der statische Druck gemessen werden, wobei sich jedoch bei großen DruckcI.'KK.-ruri'jein 6; Ine relativ k Leine Meßn Lgnaläriderung ergibt/und die Kl.·;, ,,urLe durch Tempora tür- iwul Ze i. te inf Hisse Schwankungen unfcer-L iecji:n.
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BAD ORIGINAL
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Andere Druckmeßgeräte weisen elastische nachgiebige Widerstandsmaterialien auf, deren Widerstand sich proportional zu dem anliegenden Druck ändert. Derartige Geräte messen auch den statischen Druck und sind empfindlicher als die piezoelektrischen Geräte. Aber auch bei diesen Geräten können in Abhängigkeit von der Temperatur und Zeit Meßwertänderungen auftreten.
Es gibt außerdem kapazitive Geräte, deren Kapazität sich mit dem Druck ändert. Diese kapazitiven Geräte haben bessere Temperatur— und Zeitstabilität als die zuvor beschriebenen Geräte und sind auch empfindlicher und genauer als Dehnungsmeßgeräte. Sie bedingen jedoch einen sehr aufwendigen und komplizierten Herstellungsprozess. Da in ihnen bei typischer Ausführung unterschiedliche Materialien verwendet werden, ergeben sich Probleme durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, die zu einer schlechten Wiederholbarkeit führen. Typische kapazitive Druckmeßgeräte sind in den US-PS'n 2 999 385, 3 027 769 und 3 859 575 gezeigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen über lange Zeitperioden und weite Temperaturbereiche mit hoher Genauigkeit arbeitenden kapazitiven Druckwandler bzw. Druckmeß— wandler anzugeben, der leicht und mit geringem Aufwand herstellbar ist. Außerdem soll erfindungsgemäß ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Druckmeßwandlers angegeben werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich der erfindungsgemäße kapazitive Druckwandler dadurch aus, daß zwei Isolierplatten, von denen wenigstens eine als elastische Membran ausgebildet ist, unter Bildung eines Zwichenspalts aufeinander angeordnet und miteinander verbunden sind und daß auf den Innenseiten der beiden Platten, durch den Zwischenspalt voneinander getrennt, erste und zweite leitende Schichten angebracht sind, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Zwischenspalt mit dem angelegten Druck unter Änderung der Kapazität zwischen den
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leitenden Schichten veränderlich ist. Wenn ein Druck auf die beiden Platten wirkt, wird zumindest die eine, als elastische Membran ausgebildete Platte verschoben, wodurch sich die Kapazität des Druckwandlers ändert. Diese Kapazitätsänderung kann mit Hilfe einer elektronischen Schaltung gemessen werden und ist ein Maß für den Wert des an den Meßumformer angelegten Drucks.
Die leitenden Schichten sind im Bereich außerhalb des Zwischenspalts durch Isoliermaterial voneinander getrennt. Dieses Isoliermaterial, über das aucftTnechanische Verbindung der beiden Isolierplatten hergestellt ist, kann durch einen scheibenförmigen Abstandshalter gebildet sein, der zwischen die Platten unlösbar eingesetzt ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Verbindungsmittel zwischen den beiden Isolierplatten durch eine Glasdichtung gebildet, welche auch die beiden Isolierplatten in gegenseitigem Abstand hält und den Zwischenspalt außen umgrenzt. Bei einem dritten Ausführungsbeispiel ist eine Glasdichtung vorgesehen, und der offene Spalt wird durch die Querschnittsform der beiden Platten gebildet. Generell bestehen die Befestigungs- und Abstandsmittel zwischen den beiden Platten und die beiden Platten aus dem gleichen oder physikalisch ähnlichem Material.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Druckwandlers wird zunächst eine leitende Schicht auf jede von zwei nichtleitenden Platten, von denen wenigstens eine als Membran ausgebildet ist, in einem vorgegebenen Muster aufgebracht, die beiden nicht-leitenden Platten gebrannt, sodann eine Glasfritte im Bereich des Umfangs wenigstens einer der beiden nicht-leitenden Platten aufgebracht, die beiden Platten aufeinandergesetzt und schließlich gebrannt, wodurch die beiden nicht-leitenden Platten miteinander verbunden werden und die beiden leitenden Schichten durch einen Spalt getrennt und isoliert voneinander einander gegenüberliegen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen kapazitiven Druckwandlers;
Fig. 2 eine Querschnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 entlang der Linien 2-2;
Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel des kapazitiven Druckwandlers im Querschnitt;
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel des kapazitiven Druckwandlers im Querschnitt;
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel des kapazitiven Druckwandlers im Querschnitt;
Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel des kapazitiven Druckwandlers im Querschnitt;
Fig. 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel des kapazitiven Druckwandlers ebenfalls im Querschnitt; und
Fig. 8 den kapazitiven Druckwandler gemäß Fig. 7 mit einer elektronischen Schaltung.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Druckwandlers gemäß der Erfindung.
Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte kapazitive Druckwandler weist zwei Platten in Form von dünnen Scheiben 2 und 4 aus einem nicht-leitenden oder isolierenden Material auf. Auf jeder der beiden Scheiben 2 und 4 ist eine dünne zentrale Leiterschicht 6 und 8 aus Metall niedergeschlagen. Die zentralen leitenden Schichten 6 und 8 haben Kreisform. Von den zentralen Leiterschichten 6 und 8 gehen Leiterschichten 10 und 12 aus Metall ab, welche als Verbindungsleitungen dienen und über den Außenrand der Scheiben 2 und 4 in elektrische Anschlußleitungen 14 und 16 übergehen.
Der kapazitive Druckwandler 21 ist dadurch zusammengefügt, daß jeweils eine Seite der beiden Scheiben 2 und 4 mit einem
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Abstandshalter 18 aus nicht-leitendem oder isolierendem Material so verbunden ist, daß die zentralen leitenden Schichten 6 und 8 einander gegenüberliegen und durch einen Zwischenspalt getrennt sind.
In einer praktischen Ausführungsform sind die Scheiben 2 und 4 und der Abstandshalter 18 entweder aus dem gleichen Material oder einem im wesentlichen ähnlichen Material hergestellt. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck ein nicht-leitendes oder isolierendes Material mit nahezu einer Null-Hysterese, z.B. Aluminiumoxid bzw. Tonerde, geschmolzene Kieselerde bzw. Quarzglas oder Glas, z.B. Pyrexglas verwendet. Der Ausdruck "Null-Hysterese" oder "angenähert Null-Hysterese" soll einen minimalen oder vernachlässigbaren Hystereseeffekt für den besonderen Anwendungsfall bezeichnen. Die leitenden Schichten können aufplattiert, aufgeätzt, aufgesprüht, im Siebdruck aufgebracht, aufgebrannt oder in anderer bekannter Weise aufgebracht werden. Da bei einigen Anwendungsfällen eine Absolutdruckmessung erforderlich ist, kann der Spalt zwischen den die Kondensatorplatten bildenden leitenden Schichten 6 und 8 evakuiert werden. Die Scheiben 2 und 4 können auch dadurch mit dem Abstandshalter 18 verbunden werden, daß eine geringe Menge einer Glasfritte zwischen die drei Teile eingesetzt und der zusammengesetzte Druckwandler gebrannt wird, um die Glasfritte zwischen den drei Teilen zum Schmelzen zu bringen und eine Dichtung zu bilden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die leitenden Schichten durch Auftragen einer leitenden Paste im Siebdruckverfahren auf die Scheiben 2 und 4 hergestellt, wobei eine geringe Menge eines Dichtungsmaterials zwischen die Scheiben 2 und 4 und den Abstandshalter 18 eingeführt wird· Das Dichtungsmaterial ist vorzugsweise eine Glasfritte, kann jedoch auch ein Dichtungsmaterial auf Keramikbasis sein. Der auf diese Weise zusammengesetzte Druckwandler wird zum Schluß gebrannt.
Wenn im Betrieb ein Druck auf den kapazitiven Druckwandler
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ΛΑ
21 einwirkt, so wirkt wenigstens eine der beiden Scheiben als Membran, und der Abstand zwischen den beiden Scheiben ändert sich entsprechend der Größe des wirksamen Drucks. Wenn die beiden Scheiben zusammengedrückt werden, ändert sich die Kapazität des Wandlers. Daher ist die Kapazitätsänderung eine Funktion des Drucks, und der Wandler läßt sich so eichen, daß eine bestimmte Kapazität einem bestimmten auf den Druck» wandler wirkenden Druck entspricht. Die Kapazitätsänderung kann mit Hilfe einer bekannten elektronischen Schaltung gemessen werden. Eine geeignete Schaltung ist beispielsweise eine Wheatstonesche Reaktanzbrücke.
In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel des beschriebenen kapazitiven Druckwandlers gezeigt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist ähnlich demjenigen in Figuren 1 und 2 und wird daher nur in Schnittansicht gezeigt. In Fig. 3 bezeichnen gleiche Bezugszeichen die mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 übereinstimmenden Komponenten.
In Fig. 3 sind kreisförmige zentrale Leiterschichten auf den Scheiben 2 und 4 angebracht. Leitungsabschnitte 10 und 12 verbinden die zentralen Leiterschichten 6 und 8 mit Leitungen 14 und 16.
Der kapazitive Druckwandler 31 wird dadurch zusammengebaut, daß eine Glasfritte (oder ein keramisches Dichtungsmaterial) 32 im Umfangsbereich derjenigen. Oberflächen der Scheiben 2 und/oder 4 aufgebracht wird, auf denen zuvor die zentralen Leiterschichten 6 und/oder 8 angebracht worden sind. Die Scheibe 2 wird sodann auf die Oberseite der Scheibe 4 so aufgelegt, daß die leitende Schicht 6 der leitenden Schicht 8 durch einen Spalt getrennt gegenüberliegt. Der auf diese Weise zusammengestellte kapazitive Druckwandler 31 wird danach gebrannt, wodurch die Glasfritte 32 zum Schmelzen kommt. Wenn die Glasfritte 32 geschmolzen ist, sind die Scheiben 2 und 4 nicht nur bleibend miteinender verbunden,
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sondern es ergibt sich auch eine Dichtung entlang ihrer Peripherie. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Abstandshalter, wie der Abstandshalter 18 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2, nicht erforderlich, wodurch die Zahl der für den Druckwandler 31 erforderlichen baulichen Komponenten verringert wird.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 wird das Material für die Scheiben 2 und 4 vorzugsweise so gewählt, daß es ein nicht-leitendes, elektrisch isolierendes, elastisches Material mit Null-Hysterese ist, z.B. Auluminiumoxid, geschmolzene Kieselerde oder Pyrexglas. Die leitenden Schichten können im Siebdruckverfahren aufgetragen und auf die Scheiben 2 und 4 aufgebrannt sein, worauf dann eine Glasfritte im Umfangsbereich der Scheiben 2 und/oder 4 aufgebracht wird. Danach wird die Scheibe 2 auf die Oberseite der Scheibe 4 aufgelegt, worauf der zusammengestellte Druckwandler zur Vervollständigung seines Aufbaus gebrannt wird. In alternativer Verfahrensweise können die leitenden Schichten 6, 8, 10 und 12 auf die Scheiben 2 und 4 und die Glasfritte 32 auf eine oder beide Scheiben aufgebracht werden. Die ganze Anordnung kann sodann gebrannt werden, um die Anordnung abzudichten.
In Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des beschriebenen kapazitiven Druckwandlers gezeigt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist ähnlich demjenigen gemäß den Fig. 1 und 2 und daher nur im Querschnitt gezeigt. In Fig. 4 bezeichnen gleiche Bezugszeichen die mit denjenigen der Figuren 1 und 2 übereinstimmenden Elemente.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 weist der kapazitive Druckwandler 41 zwei nicht-leitende Isolierplatten (z.B. Scheiben) auf, deren Form so gewählt ist, daß zwischen ihnen nach dem Zusammenbau ein Spalt 46 mit etwa kreisförmigem Querschnitt gebildet ist. Die kreidörmigen Leiterschichten 86 sind auf den Innenflächen der Platten 42 und 44 niedergeschlagen. Auch die leitenden Schichten 10 und 12 sind auf den
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ihnen jeweils zugeordneten Platten 42 und 44 angebracht und bilden eine Leitungsverbindung zwischen der zentralen Leiterschicht 6 bzw. 8 und dem Außenrand der Platten 42 und 44. Anschlußleitungen 14 und 16 sind an die Leitungsabschnitte 10 und 12 angeschlossen. Beim Zusammenbau des kapazitiven Druckwandlers 41 wird eine geringe Menge einer Glasfritte auf den Umfangsbereich der Innenfläche der Platte 44 aufgetragen· Die Platte 42 wird sodann auf die Oberseite der Platte 44 derart aufgesetzt, daß die ihr zugeordnete Leiterschicht 6 der anderen Leiterschicht zugewandt ist. Der zusammengesetzte kapazitive Druckwandler 41 wird sodann gebrannt, wodurch die Glasfritte zum Schmelzen gebracht wird. Sobald die Glasfritte geschmolzen ist, sind die Platten 42 und 44 durch eine im Umfangsbereich verlaufende dünne Glasschicht bleibend miteinander verbunden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Abstandshalter (z.B. 18 in Fig. 1) nicht erforderlich· Außerdem bedarf es nur einer sehr dünnen Glasdichtung (Siegelschicht) zwischen den beiden Platten 42 und 44, während die relativ starke Dichtung gemäß Ausführungs beispiel nach Fig. 3 überflüssig ist. Die Dicke der aus Glas, bestehenden Dichtung ist in der Größenordnung von 0,025 bis m.
Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen bestehen die Platten 42 und 44 aus einem nicht-leitenden, elektrisch isolierenden elastischen Material mit Null-Hysterese, z.B. Aluminiumoxid, geschmolzener Kieselerde oder Glas, z.B. Pyrex. Vorzugsweise werden die leitenden Schichten bei dem Druckwandler 41 unter Verwendung einer leitenden Paste auf die Platten 42 und 44 aufgetragen, worauf eine geringe Menge einer Glasfritte in Umfangsnähe der Platte 44 aufgebracht wird. Die Platte 42 wird sodann auf die Oberseite der Platte 44 aufgesetzt, und der ii/dieser Weise zusammengesetzte Druckwandler wird gebrannt, um die beiden Platten zu verbinden und die Glasfritte zur Bildung einer Dichtung zu schmelzen.
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Die Form der Platten kann in vielfacherAfeise versiegelt werden, solange der Spalt 46 zwischen den Innenflächen der Platten 42 und 44 erhalten bleibt. In typischer Ausführung können die Platten 42 und 44 so ausgebildet sein, daß sie an einem Rand dicker als an dem anderen Rand sind, wie dies in den Figuren 4 und 5 der Zeichnung dargestellt ist. Sie können auch schalenförmig mit konkaver Oberfläche ausgebildet sein.
In Fig. 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des beschriebenen Druckwandlers gezeigt. Auch dieses Ausführungsbeispiel ist wegen der Ähnlichkeit mit dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel nur in Schnittansicht dargestellt, und gleiche Bezugzeichen bezeichnen die mit den anderen Ausführungsbeispielen übereinstimmenden Teile.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 haben die Platten 42 und 44, die leitenden Schichten 6, 8, 10 und 12 im wesentlichen die Form des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels.
Beim Aufbau des kapazitiven Druckwandlers 51 werden die Platten 42 und 44 aufeinandergesetzt, wobei die ihnen zugeordneten leitenden Schichten 6 und 8 einander zugewandt sind und die mit diesen verbundenen Leitungen 52 und 54 um die Platte 44 derart herumgeführt sind, daß auf der Bodenseite der Platte 44 elektrische Kontaktpunkte gebildet sind. Eine Glasfritte 56 wird sodann auf den Umfangsrand der Scheibe aufgetragen, und die Kombination wird gebrannt, um die Glasfritte zu schmelzen. Die Leitungen 52 und 54 können auch mit den Leitungsabschnitten 10 und 12 verlötet und entlang der Seite der Platte 44 nach unten geführt werden. Diese Ausführung ist in erster Linie dann zweckmäßig, wenn rechtwinklige Platten verwendet werden.
In Fig. 6 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel des beschriebenen Druckwandlers ebenfalls nur in Schnittansicht dargestellt. Auch hier sind die mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen über-
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einstimmenden Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei dem AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig. 6 weist die Platte ein Belüftungsloch 62 auf, durch das der Innenraum des kapazitiven Druckwandlers mit der Außenatmosphäre verbunden ist. Das Belüftungsloch 62 steht mit dem Außenmedium über ein Filter 64 in Verbindung. Durch das Filter 64 werden Verunreinigungen von dem Spalt zwischen den Platten 6 und 8 ferngehalten. Im übrigen ist der kapazitive Druckwandler 61 in der selben Weise aufgebaut und arbeitet auch in der selben Weise wie der Druckwandler 41 in Fig. 4. Der kapazitive Druckwandler kann nach Bedarf entweder Überdruck oder absoluten Druck messen. Das Umgebungsmedium kann Luft, öl oder ein anderes Medium sein.
In Fig. 7 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel des beschriebenen kapazitiven Druckwandlers dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich demjenigen gemäß Fig. 4 und ebenfalls nur in Schnittansicht gezeigt. In Fig. 7 sind mit den Elementen anderer AusfUhrungsbeispiele übereinstimmende Komponenten mit den selben Bezugszeichen bezeichnet.
Der kapazitive Druckwandler 71 gemäß Fig. 7 weist zwei nichtleitende Isolierplatten auf, deren Form so ist, daß sie nach Zusammenfügen zwischen sich einen Spalt 46 bei etwa kreisförmigem Querschnitt bilden. Die zylindrische Platte 72 ist wesentlich dicker als die Gegenplätte 42. Kreisförmige Leiterschichten 6 und 8 sind auf den Innenflächen der Platten 42 und 72 angebracht. Ferner sind leitende Schichten 10 und 12 auf jeder der Platten 42 und 72 angeordnet, welche die zentralen Leiterschichten 6 und 8 mit den Anschlußleitungen 14 und 16 jenseits des Außenrandes der Platten 42 und 72 verbinden.
Der kapazitive Druckwandler 71 wird im wesentlichen in der
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gleichen Weise wie der kapazitive Druckwandler 41 gemäß Fig. 4 zusammengesetzt.
Da die zylindrische Platte 7 2 wesentlich dicker als die Platte 42 ist, wirkt nur die Platte 42 als Membran. Wenn als Druck an den kapazitiven Druckwandler 71 angelegt wird, so bewegt sich nur die Platte 42 und dementsprechend die Schicht 6 gegenüber der Schicht 8, wodurch sich die Kapazität zwischen den beiden Schichten ändert.
In Fig. 8 ist ein dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 entsprechender kapazitiver Druckwandler 81 dargestellt, der mit einer Hybridschaltung 82 versehen ist.
Die zylindrische Platte 7 2 trägt an ihrer Außenseite die Hybridschaltung 82. Letztere kann getrennt hergestellt und mit der zylindrischen Platte 7 2 verbunden werden, oder sie kann direkt auf die zylindrische Platte 7 2 niedergeschlagen werden, wobei letztere als Unterlage bzw. Substrat wirkt. Die Hybridschaltung kann auch auf irgendeiner anderen Oberfläche angeordnet werden, auf der genügend Raum zur Verfugung steht. In einigen Anwendungsfällen kann es zweckmäßig sein, die Hybridschaltung neben den auf der zylindrischen Platte 7 2 gebildeten Kondensatorplatten anzuordnen. Auf diese Weise könnte die Hybridschaltung abgedichtet und geschützt gehalten werden, wenn die Kondensatorkammer nicht belüftet ist.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen des kapazitiven Druckwandlers werden Spalte bzw. Hohlräume
den
mit einer Dicke zwischen Platte!in der Größenordnung von 2,5 pm bis 0,5 pm verwendet. Der auslenkbare Teil der Platten hat bei Verwendung von Aluminiumoxid <Tonerde) als Plattenmaterial in typischer Ausführung eine Dicke zwischen etwa 0,025cm und 1,27cm. Außerdem können die Dicke der Platte und Weite des Spalts so bemessen werden, daß sich die beiden Scheiben unter hohen Überlastdrücken gegeneinanderlegen, wodurch eine Beschädigung des Druckfühlerβ verhindert wird.
Die pysikalische Form, insbesondere die Umfangsform der Platten ist für die Erfindung nicht entscheidend; der beschriebene Druckwandler kann auch rechteckige oder quadratische Platten aus einem nicht-leitenden oder isolierenden Material aufweisen. Auch die zentrale Leiterschicht braucht nicht kreisförmig zu sein, sondern kann auch quadratisch, rechteckig oder in anderer Gestaltung vorgesehen werden. Die Lage der Leitungen kann bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 so geändert werden, daß sie auf der entgegengesetzten Oberfläche des kapazitiven Druckwandlers enden·
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Claims (27)

  1. PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER D <COO E33EN 1 · AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (02 01) 4126
    Ansprüche
    '. Iy Kapazitiver Druckwandler, dadurch gekenn zeichnet , daß zwei Isolierplatten (2, 4; 42, 44; 42, 72), von denen wenigstens eine elastische Membran (2, 4;42, 44; 42) ausgebildet ist, unter Bildung eines Spalts (z.B. 46) aufeinander angeordnet und miteinander verbunden sind und daß auf den Innenseiten der beiden Platten einander gegenüberliegende und durch den Spalt voneinander getrennte erste und zweite leitende Schichten (6, 8) angebracht sind, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Spalt (46) entsprechend dem angelegten Druck unter Änderung der Kapazität zwischen den leitenden Schichten (6, 8) veränderlich ist.
  2. 2. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Isolierplatten als elastische, nicht-leitende Membranen (2, 4; 42, 44) ausgebildet sind.
  3. 3. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine als nicht-leitende elastische Membran (42) ausgebildete Isolierplatte mit einer wesentlich dickeren Isolierplatte (72) zusammengesetzt ist und ein zentraler Spalt (46) zwischen den Isolierplatten vorgesehen ist.
  4. A. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Isolierplatten ein den Spalt begrenzender Abstandshalter (18) aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen ist, der durch Haftmittel nit beiden Platten verbunden ist.
  5. 5. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Isolierpiatten (42, 44)
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    eine den Spalt zwischen den beiden Platten definierende Haftmittelschicht (32) angeordnet ist.
  6. 6. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Isolierplatten (42, 44; 42, 72) mit einem den Spalt (46) definierenden bzw. begrenzenden Ansatz versehen ist.
  7. 7. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Spalts (46)und die elastischen Membranen (2, 4; 42, 44; 42) so gewählt bzw. ausgebildet sind, daß sich die Membranen bei einem einen vorgegebenen Betriebsdruck um ein bestimmtes Maß überschreitenden Druck gegeneinander ausbeulen.
  8. 8. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatten (2, 4; 42, 44; 42, 72) Kreisform haben.
  9. 9. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatten bzw. Membranen (2, 4; 42, 44; 42, 72) aus Aluminiumoxid bestehen.
  10. 10. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatten bzw. Membranen (2, 4; 42, 44; 42, 72) aus Quarzglas bestehen.
  11. 11. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatten bzw. Membranen (2, 4; 42, 44; 42, 72) aus einem Hochtemperaturglas bestehen.
  12. 12. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (46) evakuiert ist.
  13. 13. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das die Isolierplatten (2, 4; 42, 44; 42, 72)
    miteinander verbindende Haftmittel ein aufgeschmolzenes Dich tungsmaterial ist.
  14. 14. Druckwandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmaterial eine Glasfritte ist.
  15. 15. Druckwandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmaterial ein keramisches Einschmelzmaterial ist.
  16. 16. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten leitenden Schicht (6, 8) eine elektrische Leitung verbunden und durch das Haftmittel (z.B. 32) zur Außenseite des Wandlers (21; 31; 41; 51; 61; 71; 81) geführt ist.
  17. 17. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (46) zur Umgebungsatmosphäre durch eine Öffnung (62) belüftet ist.
  18. 18. Druckwandler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsöffnung (62) mit einem Filter (64) verbunden ist, durch das der Spalt (46) belüftet wird.
  19. 19. Druckwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Spalt (46) definierende bzw. begrenzende Abstandshalter (18) aus dem gleichen Material besteht wie die Isolierplatten (2, 4; 42, 44; 42, 72).
  20. 20. Druckwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Kapazitätsänderung messende elektronische Schaltung (82) auf der dicken Isolierplatte (72) angebracht
  21. 21. Druckwandler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die dicke Isolierplatte (72) das Substrat für die in
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    integrierter Schaltungstechnik vorgesehene elektronische Schaltung (82) bildet.
  22. 22. Druckwandler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (82) auf die dicke Isolierplatte (72) gebondet ist.
  23. 23. Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Druckwandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß je eine leitende Schicht (6, 8) in einem vorgegebenen Muster auf zwei nicht-leitende Platten, von denen wenigstens eine als elastische Membran ausgebildet ist, aufgebracht wird, daß danach eine Glasfritte auf den Umfangsbereich einer der nicht-leitenden Platten aufgebracht wird, daß die eine nicht-leitende Platte auf die andere aufgesetzt wird und daß schließlich die zusammengesetzte Plattenanordnung gebrannt wird, wobei die beiden nicht-leitenden Platten mit einander zugewandten und voneinander isolierten leitenden Schichten bleibend verbunden werden.
  24. 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
    daß als nicht-leitende Platten zwei nicht-leitende Membrane verwendet werden, die nach dem Anbringen der leitenden Schichten in einem vorgegebenen Muster und vor dem Anbringen der Glasfritte gebrannt werden.
  25. 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Schichten auf den nicht-leitenden Membranen durch Siebdruck mit einer leitenden Paste aufgebracht und die nicht-leitenden Membrane danach gebrann'-, werden.
  26. 26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfritte im Siebdruck auf die Membran aufgebracht wird.
    709837/0872
  27. 27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Membranen gebildete Spalt beim Bonden bzw. Verbinden der Membrane evakuiert wird.
    ί fi :, u '! 7 / Il '■'. 7 ?
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