DE3511367A1 - Linearisierter kapazitiver druckwandler und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Linearisierter kapazitiver druckwandler und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Linearisierter kapazitiver Druckwandler und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Wandler und betrifft insbesondere einen linearisierten,
thermisch stabilen kapazitiven (Druck-)Wandler zur Lieferung eines Spannungsausgangssignals als Funktion des
ihm aufgeprägten Drucks sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Kapazitive Druckwandler des Membrantyps befinden sich verbreitet in Gebrauch und sind allgemein so ausgelegt,
cLaß sie eine gemessene Kapazität, üblicherweise durch eine elektronische Schaltung in eine Ausgangsspannung
umgewandelt, liefern, die eine Funktion eines den Wandler beaufschlagenden Drucks ist. Wesentliche Eigenschaften
für die Wahl einer kapazitiven Wandlerkonstruktion sind Linearität und thermische Stabilität bzw. Wärmestabilität.
Wenn ein (solcher) Wandler eine lineare Kennlinie besitzt, können Änderungen der Ausgangsspannung
als Funktion von Druckänderungen durch eine Gleichung erster Ordnung dargestellt und beim Auftragen in
einer geradlinien Graphik unter Anwendung kartesischer Koordinaten als gerade Linie (Gerade) wiedergegeben
werden. Eine lineare Kennlinie vermeidet die Notwendigkeit für die Bezugnahme auf eine Eichkurve oder -tabelle
für die Bestimmung der gemessenen Veränderlichen als Funktion des Wandlerausgangs(signals). Wenn ein (solcher)
■*-c
Wandler zudem thermisch stabil ist, ist er für Änderungen der Umgebungstemperatur praktisch unempfindlich.
Fehlt ihm eine derartige Stabilität/ so kann ein Wandler des kapazitiven Druckmeß-Typs eine Änderung der Kapazitat
ohne gleichzeitige Änderung des aufgeprägten Drucks zeigen und damit ein falsches Meßergebnis (reading)
liefern.
Eine mögliche Konstruktion eines thermisch stabilen kapazitiven
(Druck-)Wandlers gemäß der US-PS 3 858 097 umfaßt zwei gegenüberstehend angeordnete, ringförmige
Scheiben zur Bildung eines Bezugskondensators sowie zwei gegenüberstehend montierte zentrale Platten oder
Scheiben, die einen Meßkondensator bilden. Jede Meßkondensatorscheibe
ist planparallel und intern konzentrisch zu ihrer zugeordneten Bezugskondensatorscheibe
angeordnet. Da jeder planparallele Satz von Bezugsund Meß(kondensator)scheiben aus den gleichen, an einem
gemeinsamen Substrat oder Träger angebrachten Werkstoffen
besteht, zeigt ein solcher Wandler eine thermische Stabilität, hezüglich der er anderen Wandlern überlegen
ist, bei denen der Bezugskondensator eine getrennte, extern oder außenseitig montierte Einheit darstellt.
Das Ausgangssignal eines solchen Wandlers ist jedoch nicht linear; demzufolge muß eine zusätzliche Kompensationsschaltung
in die elektronische Schaltung integriert werden, wenn ein lineares Ausgangssignal erhalten werden
soll.
Eine Lösung bezüglich der Linearisierung ist bei der Vorrichtung gemäß US-PS 4 227 419 realisiert, die im
Inneren eines Meßfühlers oder Sensors einen Trimmerkondensatorteil zum Ausgleichen von Wandler-Nichtlinearität
aufweist. Da die in dieser US-PS dargestellten Trimmerkondensatoren
Oberflächen besitzen, die wesentlich klei-
ner sind als die des Meßkondensators, muß in Verbindung mit ihnen ein großer, extern montierter Bezugskondensator
verwendet werden, um ein lineares Ausgangssignal zu erhalten. Da dieser getrennt angebrachte Bezugskondensator
aber einen unvorherbestimmbaren Temperaturkoeffizienten besitzt, entsteht die Wahrscheinlichkeit
für thermische Instabilität.
Ein weiteres Beispiel für einen kapazitiven Druckwandler ist in der US-PS 4 422 125 beschrieben, gemäß welcher
der Wandler zwei in einer gegenseitigen Lagenbeziehung
zur Bildung eines Bezugskondensators, dessen Kapazitätsgröße mit Druck- und Temperaturänderungen praktisch unveränderlich
ist, gehaltene Platten aufweist. Obgleich sich entsprechende Wandler bisher als zufriedenstellend
erwiesen haben, berücksichtigen sie nicht die Art und Weise, auf welche ein kapazitiver Druckwandler als einheitliche
Vorrichtung ausgebildet werden kann, um überlegene thermische Stabilität zu gewährleisten, und sich
gleichzeitig für eine Umwandlung durch eine elektronische Schaltung anbietet, um damit ein lineares Ausgangssignal
zu liefern.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines kapazitiven Druckwandlers, der eine sowohl lineare als auch
thermisch stabile Kennlinie aufweist und mit Meß(fühler)- und Bezugselementen versehen ist, von denen jeweils
mehrere Segmente miteinander verschachtelt (interposed) sind, und wobei sowohl Meß(fühler)- als auch Bezugskondensator
in ein einziges Gebilde einbezogen sind.
Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines kapazitiven Druckwandlers, dessen Meß(fühler)- und Bezugskondensatoren druckabhängige Kapazitätswerte besitzen,
so daß für diskrete, innerhalb eines Druckarbeitsbe-
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reichs gewählte Drücke die Ausgangssignale einer Wandlerschaltung im wesentlichen linear sind.
Insbesondere sollen sich dabei die Ausgangssignale der Wandlerschaltung als praktisch gerade Linie in einem
-geradlinigen Diagramm unter Anwendung kartesischer Koordinaten wiedergeben lassen.
Die genannte Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Im allgemeinen ist ein kapazitiver Druckwandler des Typs mit auslenkbarer Membran mit einer Kapazitätswandlerschaltung
verbindbar, und er weist ein im wesentlichen planes/ elektrisch leitendes Grundelement auf, das sich
auf einem ersten isolierenden Substrat oder Träger befindet. Ein im wesentlichen planes, elektrisch leitendes
Meß(fühler)- oder Sensorelement befindet sich auf einem zweiten isolierenden Träger praktisch parallel
zum Grundelement und von diesem beabstandet. Das Meßelement bildet im Zusammenwirken mit dem Grundelement
einen Meß(fühler)kondensator. Ein elektrisch leitendes
Bezugselement ist praktisch planparallel zum Meßelement angeordnet und von diesem elektrisch getrennt, und es
bildet zusammen mit dem Grundelement einen Bezugskondensator. Meß- und Bezugselement weisen jeweils eine Anzahl
von ineinandergreifenden bzw. miteinander verschachtelten (interposed) Segmenten auf. Meß- und Bezugskondensator
besitzen jeweils druckabhängige Kapazitätswerte Cs bzw. Cr, so daß für die innerhalb eines Arbeitsdruckbereichs
gewählten diskreten Drücke die Ausgangssignale der Wandlerschaltung im wesentlichen linear sind.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Druckwandlers des auslenk-
baren Membrantyps, der mit einer kapazitiven Wandlerschaltung verbindbar ist, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß auf einem ersten isolierenden Substrat oder Träger ein im wesentlichen planes, elektrisch leitendes
Grundelement vorgesehen wird, daß ein zweites isolierendes Substrat bzw. ein Träger vorgesehen wird, das
bzw. der eine im wesentlichen plane Fläche besitzt, die in eine im wesentlichen parallele, beabstandete
Beziehung zum Grundelement bringbar ist, daß der planen Fläche mehrere konzentrische Ringe überlagert werden,
die eine Anzahl von kreisförmigen Ringen festlegen, daß jeder der Ringe in mehrere Meß(fühler)-Teilbereiche
und mehrere Bezugs-Teilbereiche unterteilt wird, daß in einem Kontinuum auf den Meß-Teilbereichen ein elektrisch
leitendes Meß(fühler)element vorgesehen wird, das zusammen mit dem Grundelement einen Meß(fühler)kondensator
festlegt, daß in einem Kontinuum auf den Bezugs-Teilbereichen ein vom Meßelement elektrisch getrenntes
oder isoliertes, elektrisch leitendes Bezugselement vorgesehen wird, das zusammen mit dem Grundelement einen
Bezugskondensator festlegt, und daß die Unterteilung (apportioning) in der Weise durchgeführt wird, daß Meß-
und Bezugskondensator derartige druckabhängige Kapazitätswerte besitzen, daß die Ausgangssignale der Wandlerschaltung
für diskrete, innerhalb eines Betriebsdruckbereichs gewählte Drücke im wesentlichen linear sind.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 einen perspektivische Darstellung eines kapazitiven Membran(typ)-Druckwandlers gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung,
35
Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 und 4,
Fig. 3 eine Aufsicht auf das erste Substrat bzw. den Träger des Druckwandlers gemäß Fig. 1, in
Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 2 gesehen,
Fig. 4 eine Aufsicht auf die Unterseite des zweiten Trägers beim Druckwandler nach Fig. 1, in Richtung
der Pfeile 4-4 in Fig. 2 gesehen,
Fig. 5 eine qualitative graphische Darstellung zur allgemeinen Veranschaulichung der Auslenkgrößen
einer Druckmeß-Membran an den bezeichneten Stellen und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Anzahl
von erfindungsgemäß auf einem Träger angeordneten Kreisen.
Gemäß den Fig. 1 bis 4 weist der kapazitive Druckwandler 10 gemäß der Erfindung ein erstes und ein zweites dielektrisches
Substrat bzw. Träger 11 bzw. 13 auf, die unter Festlegung eines Hohlraums 15 miteinander verbunden
sind. Jeder Träger 11, 13 ist mit einer hochstehenden, umlaufenden Ring-Schulter 17 zur Ermöglichung der
gegenseitigen Verbindung der Träger in einander gegenüberliegender Beziehung versehen. Die für die Träger
11, 13 verwendeten Werkstoffe und deren gewählte Dicken hängen u.a. von den zulässigen Fertigungskosten und
den Größen der umzuwandelnden Drücke ab. Bevorzugte Trägerwerkstoffe sind z.B. Aluminiumoxid-Keramik und
Quarz. Der erste Träger 11 weist eine erste Fläche 19 zur Aufnahme eines darauf angeordneten Grundelements 21
auf, während der zweite Träger 13 auf einer zweiten Flä-
-Tt- ΛΑ
ehe 23 die Meß(fühler)- und Bezugselemente 25 bzw. 27
trägt. Beim bevorzugten Druckwandler 10 sind die Flächen 19, 23 im wesentlichen flach oder plan und bei zusammengesetzten
Trägern 11, 13 parallel zueinander angeordnet. Obgleich eine gewisse Fertigungswirtschaftlichkeit
realisiert werden kann, wenn die beiden Träger 11, 13 jeweils identisch ausgebildet sind, kann ersichtlicherweise
der erste oder der zweite Träger 11 bzw. 13 eine Schulter mit einer überStandshöhe entsprechend dem gewünschten
Abstand zwischen dem Grundelement 21 einerseits und den Meß- und Bezugselementen 25 bzw. 27
andererseits aufweisen. Der andere Träger kann in diesem Fall als einfache Scheibe ausgebildet sein. In
weiteren Abwandlungen können scheibenförmige Substrate oder Träger mit Hilfe von Glasfritte, Abstandsscheiben
oder anderen bekannten Mitteln miteinander verbunden werden.
Gemäß den Fig. 3 und 4 sind ein im wesentlichen planes, elektrisch leitendes Grundelement 21 auf der ersten
Fläche 19 des ersten Trägers 11 und ein im wesentlichen planes, elektrisch leitendes Meßelement 25 auf der zweiten
Fläche 23 praktisch parallel zum Grundelement 21 und von diesem beabstandet angebracht. Das Meßelement 25
bildet dabei im Zusammenwirken mit dem Grundelement 21 einen Meß(fühler)kondensator. Ebenso ist auf der zweiten
Fläche 23 ein elektrisch leitendes Bezugselement 27 vorgesehen, das zusammen mit dem Grundelement 21 einen Bezugskondensator
bildet. Meß- und Bezugselement 25 bzw. 27 umfassen jeweils mehrere ineinandergreifende bzw. miteinander
verschachtelte Segmente 29 bzw. 31. Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, veranschaulicht Fig.4
(nur) eine von zahlreich möglichen Konfigurationen der Meß- und Bezugselemente 25 bzw, 27, deren Geometrie
durch die Eigenschaften oder Charakteristika einer ge-
trennten elektronischen Wandlerschaltung zur Erzeugung eines Spannungs-Ausgangssignals, das seinerseits eine
Funktion der Kapazität von Meß- und Bezugskondensator ist, bestimmt wird.
5
5
Eine zweckmäßige, höchst genaue elektronische Schaltung zum Umwandeln der Kapazitäten von Meß- und Bezugskondensator
ist in der USA-Patentanmeldung Nr. 06/532 017 (14.9.1983) beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen
wird. Diese elektronische Doppelschwingertyp-Wandlerschaltung liefert ein mittleres Gleichspannungs-Ausgangssignal,
das auf die Kapazitäten von Meß- und Bezugskondensator entsprechend der folgenden Gleichung
bezogen ist:
Cs (P) Vout (P) = x vsup
Cs (P) + Cr (P)
Darin bedeuten: Vout = mittlere Ausgangsgleichspannung der elektronischen Schaltung; Vsup = die praktisch konstante
Schaltungs-Speisespannung; Cs = Kapazität des Meßkondensators; Cr = Kapazität des Bezugskondensators;
und Vout, Cs, Cr = Funktionen des dem Wandler aufgeprägten Drucks, wie durch das Symbol (P) neben jedem
dieser Ausdrücke angegeben. Die obige Gleichung kann als charakteristische Arbeits- oder Betriebsgleichung
für die Doppelschwinger-Kapazität/Spannung-Wandlerschaltung gemäß der genannten USA-Patentanmeldung bezeichnet
werden. Kapazität/Spannung-Wandlerschaltungen anderer Konfigurationen beruhen möglicherweise auf anderen
charakteristischen Betriebsgleichungen.
Im folgenden ist die Ausbildung eines thermisch stabilen kapazitiven Wandlers, der ein lineares Ausgangssignal bei
beliebigen einer großen Vielfalt solcher Schaltungen gewährleistet,
beschrieben.
Von kapazitiven Wandlern des Typs mit auslenkbarer Membran ist bekannt, daß die näher zur Mitte der Membran
hin gelegenen Bereiche, bei der dargestellten Ausführungsform der zweite dielektrische Träger 13, für jeden
die Membran-Oberfläche gleichmäßig beaufschlagenden Druck einen größeren Auslenkungsgrad zeigen als die
näher am Membran-Rand befindlichen Bereiche. Diese Charakteristik ist qualitativ durch die graphische
Darstellung von Fig. 5 ausgedrückt, in welcher die gestrichelte lotrechte Achse 33 den Mittelpunkt 35 des
die Membran bildenden zweiten Trägers 13 angibt, während die Randbereiche 37 für die näher an den tragenden
Schultern 17 gelegenen Abschnitte stehen. Die ausgezogene Kurve 39 veranschaulicht die maximalen Größen
der Membranauslenkung unter einem zu messenden Höchstdruck, während die gestrichelte Kurve 41 die Auslenkgrößen
für einen mittleren Druck angibt. Die Darstellungen sind zur besseren Veranschaulichung stark übertrieben
eingezeichnet, wobei zu beachten ist, daß die maximale Auslenkung im Zentrum 35 der Membran lediglich
in der Größenordnung entsprechend einem kleinen Vielfachen von 0,025 mm liegt.
Bei einem Wandler der Art gemäß der US-PS 3 858 097 ist es offensichtlich, daß bei einem vorgegebenen aufgeprägten
Druck die Kapazitätsänderung beim Meßkondensator
wesentlich größer ist als beim Bezugskondensator. Dies ist deshalb der Fall, weil die den Bezugskondensator
bildenden Ringscheiben dicht an der tragenden Ring-Schulter angeordnet sind, während die den Meßkondensator
bildenden Platten oder Scheiben näher zum Zentrum der Membran, dem Bereich größter Auslenkung, hin liegen.
Bei einem Druckwandler 10 der Art gemäß der Erfindung wird die Konfiguration oder Form der Elemente 25, 27,
die Abschnitte des Bezugs- bzw. des Meßkondensators bilden, im Hinblick auf die charakteristische Betriebsgleichung
der speziellen, zu verwendenden Wandlerschaltung so gewählt, daß deren Ausgangssignale im wesentlichen
linear sind.
Gemäß Fig. 6 erfolgt die Ausbildung durch Aufbringen mehrerer konzentrischer Kreise 43 auf die planen Flächen
19, 23 von erstem und zweitem isolierendem Träger 11 bzw. 13, um damit auf jedem Träger 11, 13 mehrere
einander gegenüberliegende Kreisringe 45 festzulegen. Jeder Ring 45 auf dem Träger 13 ist oder wird jeweils
in mehrere Meß(fühler)-Teilbereiche (incremental areas) und mehrere Bezugs-Teilbereiche unterteilt. Die Unterteilung
erfolgt in der Weise, daß die Meß- und Bezugskondensatoren
jeweils derart druckabhängige Kapazitätswerte besitzen, daß die Ausgangssignale der Wandler-
schaltung für diskrete (bestimmte) Drücke innerhalb eines Arbeitsdruckbereichs im wesentlichen linear sind.
Ein elektrisch leitendes Meß(fühler)element 25 ist in
einem Kontinuum auf den Meß-Teilbereichen angeordnet,
während ein ebensolches Bezugselement 27 unter elektrischer Trennung oder Isolierung vom Meßelement 25 in
einem Kontinuum auf den Bezugs-Teilbereichen angeordnet ist. Das Meßelement 25 und das Bezugselement 27 können
dann im Zusammenwirken mit dem Grundelement 21 einen Meßkondensator bzw. einen Bezugskondensator bilden. Die
eigentliche Aufgabe der Festlegung der Geometrie von Meß- und Bezugselement 25 bzw. 27 wird gelöst durch die
Anwendung der Analyse endlicher Elemente (finite element analysis) und der Optimierungstheorie sowie im Hinblick
auf die charakteristische Betriebsgleichung für die spezielle, verwendete Wandlerschaltung.
Die Unterteilung (apportioning) jedes durch zwei benachbarte Kreise 43 definierten Rings 45 erfolgt mittels
Gleichungen, die im Hinblick auf die charakteristische Betriebsgleichung der au verwendenden Wandlerschaltung
gewählt werden. Bezüglich der oben angegebenen Formel .entspricht die erste Unterteilungsgleichung:
Cs(P) = X FiCi(P) i=1
Darin bedeuten: Cs(P) = Wert oder Größe des Meßkondensators als Funktion des Drucks; Ci(P) = Kapazitätswert je
zwei gegenüberliegender Ringe 45 als Funktion des Drucks; Fi = Bruchteil des i-ten Rings 45, der einen
Teil des Meßkondensators bildet; und N = Gesamtzahl der Ringe 45. Die zweite Unterteilungsgleichung entspricht
:
20 N
Cr(P) = ^> (1-Fi)Ci(P)
Darin bedeutet: Cr(P) = Größe oder Wert des Bezugskondensators als Funktion des Drucks.
In bevorzugter Ausführungsform des Druckwandlers 10,
die für die Schaltung nach der genannten USA-Patentanmeldung am geeignetsten ist, sind die Oberflächen aller
Ringe 45 jeweils gleich groß, und die Oberfläche jedes Rings 45 wird so unterteilt oder anteilmäßig aufgeteilt
(apportioned), daß die Bedingungen folgender Formel erfüllt sind:
35 N
Es ist zu beachten, daß die obige Formel auf erster und zweiter Unterteilungsgleichung beruht, die ihrerseits
auf der vorher angegebenen charakteristischen Betriebsgleichung begründet sind. Weiterhin ist zu beachten,
daß dann, wenn die angegebenen Bedingungen erfüllt sind, die Kapazitäten von Bezugs- und Meßkondensator
einander gleich sind, sofern auf den Druckwandler 10 kein Druck von außen her einwirkt. Es sei angenommen,
daß eine Vielzahl konzentrischer Ringe 45, entsprechend denen nach Fig. 6, auf das Grundelement 21
aufgebracht bzw. diesem überlagert sind; dabei ist ersichtlich, daß die Kapazitäten jedes Paars von einander
gegenüberstehenden bzw. zugewandten Ringen 45 jeweils einander gleich sind, wenn der Druckwandler 10 nicht
mit einem externen Druck beaufschlagt ist. Dies stellt ein vorteilhaftes Merkmal für die Verwendung
der Wandlerschaltung nach der genannten USA-Patentanmeldung dar, da hierbei ein Ausgangssignal eines 50%-Tastverhältnisses
erhalten wird und das Anzeigeinstrument dieser Schaltung ohne weiteres für die den Druckwandler
10 beaufschlagenden Drücke in psig bzw. bar (Meßwert) geeicht werden kann. Es ist darauf hinzuweisen,
daß die beschriebene Aufbringung oder überlagerung der in Fig. 6 gezeigten konzentrischen Ringe 43 einen
analytischen Konstruktionsschritt darstellt und diese Ringe 43 im Enderzeugnis nicht erscheinen.
Die Ausführungsform nach Fig. 4 ist eine von zahlreich
möglichen Ausgestaltungen, die unter Anwendung der genannten charakteristischen Betriebsgleichung und der
vorher angegebenen Unterteilungsgleichungen realisiert werden können.
Unabhängig davon, daß ein kapazitiver Membrantyp-Druckwandler 10 mit einer beliebigen von zahlreich möglichen
Gestalten von Meß- und Bezugselementen 25 bzw. 27 ausgestaltet werden kann, besteht eine einer großen Zahl solcher
Ausgestaltungen gemeinsame Charakteristik darin, daß ihre Meß- und Bezugselemente 25 bzw. 27 jeweils eine
Anzahl von Segmenten 29 bzw. 31 umfassen, die auf die in Fig. 4 gezeigte Weise ineinandergreifen oder miteinander
verschachtelt (interposed one with the other) sind. Obgleich Meß- und Bezugselement 25 bzw. 27 jeweils nur
ein einziges, gegenseitig verschachteltes Segment aufweisen können, begünstigt die Anwendung mehrerer Segmente
die Verringerung oder Ausschaltung von Fehlern, die sich anderenfalls aus z.B. Nichtparallelität zwischen
den Flächen 19 und 23 ergeben können.
Obgleich vorstehend nur eine derzeit bevorzugte Ausführungsform des Druckwandlers 10 beschrieben ist, ist
die Erfindung keineswegs darauf beschränkt, sondern verschiedenen Änderungen und Abwandlungen zugänglich.
Claims (10)
- PATENTANSPRÜCHEΓ 1y Kapazitiver Druckwandler zur Verbindung mit einerkapazitiven Wandlerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß er ein auf einem ersten isolierenden Substrat oder Träger (11) befindliches, im wesentlichen planes, elektrisch leitendes Grundelement (21), ein im wesentlichen planes, auf einem zweiten isolierenden Substrat oder Träger (13) angeordnetes, elektrisch leitendes Meß(fühler)element (25), das im wesentlichen parallel zum Grundelement (21) und in einem Abstand davon angeordnet ist und mit *letzterem zusammen einen Meßkondensator bildet, und \ ein elektrisch leitendes Bezugselement (27) , das im wesentlichen planparallel zum Meßelement (25) angeordnet und elektrisch von diesem getrennt oder isoliert ist und zusammen mit dem Grundelement (21) einen Bezugskondensator festlegt, aufweist, daß Meß- und Bezugselement jeweils eine Anzahl von ineinandergreifenden oder miteinander verschachtelten Segmenten (29, 31) aufweisen und daß Meß- und Bezugskondensator (jeweils) solche druckabhängige Kapazitätswerte besitzen, daß für diskrete, innerhalb eines Arbeitsdruckbereichs gewählte Drücke die Ausgangssignale der Wandlerschaltung im wesentlichen linear sind.
- 2. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Bezugselement jeweils mindestens drei Segmente aufweisen.
- 3. Druckwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Bezugselement jeweils eine gleich große Zahl von Segmenten aufweisen.
- 4. Druckwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement eine erste Oberfläche festlegt, daß das Bezugselement eine zweite Oberfläche festlegt und daß erste und zweite Oberfläche jeweils im wesentlichen gleich groß sind. 10
- 5. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten von Meß- und Bezugskondensator für einen Null betragenden Druck (Meßdruck) am kapazitiven Druckwandler praktisch gleich groß sind.
- 6. Druckwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten von Meß- und Bezugskondensator für einen Null betragenden Druck (Meßdruck) am kapazitiven Druckwandler praktisch gleich groß sind.
- 7. Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Druckwandlers des auslenkbaren Membrantyps, der mit einer kapazitiven Wandlerschaltung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem ersten isolierenden Substrat oder Träger ein im wesentlichen planes, elektrisch leitendes Grundelement vorgesehen wird, daß ein zweites isolierendes Substrat bzw. ein Träer vorgesehen wird, das bzw. der eine im wesentlichen plane Fläche besitzt, die in eine im wesentlichen parallele, beabstandete Beziehung zum Grundelement bringbar ist,daß der planen Fläche mehrere konzentrische Ringe überlagert werden, die eine Anzahl von kreisförmigen Ringen festlegen,daß jeder der Ringe in mehrere Meß(fühler)-Teilbe-reiche und mehrere Bezugs-Teilbereiche unterteilt wird,daß in einem Kontinuum auf den Meß-Teilbereichen ein elektrisch leitendes Meß(fühler)element vorgesehen wird, das zusammen mit dem Grundelement einen Meß (fühler)kondensator festlegt, daß in einem Kontinuum auf den Bezugs-Teilbereichen ein vom Meßelement elektrisch getrenntes oder isoliertes, elektrisch leitendes Bezugselement vorgesehen wird, das zusammen mit dem Grundelement einen Bezugskondensator festlegt, und daß die Unterteilung (apportioning) in der Weise durchgeführt wird, daß Meß- und Bezugskondensator derartige druckabhängige Kapazitätswerte besitzen, daß die Ausgangssignale der Wandlerschaltung für diskrete, innerhalb eines Betriebsdruckbereichs gewählte Drücke im wesentlichen linear sind.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meß- und das Bezugselement jeweils mehrere miteinander verschachtelte Segmente aufweisen.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten von Meß- und Bezugskondensator für einen Null betragenden Druck (Meßdruck) am kapazitiven Druckwandler praktisch gleich groß sind.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Wandlerschaltung eine Charakteristische Arbeits- oder Betriebsformel entsprechend folgender GleichungCs(P)
Vout = χ Vs upCs(P) + Cr(P) 35besitzt, in welcher bedeuten: Vout = mittlere Ausgangsgleichspannung der Schaltung; Cs(P) = Kapazität des Meßkondensators als Funktion des Drucks; Cr(P) = Kapazität des Bezugskondensators als Funktion des Drucks; und Vsup = Speisespannung der Wandlerschaltung.
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