DE3523104A1

DE3523104A1 - Anordnung mit einer messelektrode, der in festen abstaenden eine erste und eine zweite felderzeugende elektrode zugeordnet sind

Info

Publication number: DE3523104A1
Application number: DE19853523104
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Werner Dr Thomas
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1987-01-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Auf verschiedenen Gebieten der Technik ist es erforderlich, Drücke sehr präzise und unter besonders schwierigen Bedingungen messen zu können. Eines dieser Gebiete ist z. B. die Vakuumtechnik.

Zur Messung von Drücken und Spannungen sind bereits zahlreiche Verfahren bekannt. Die bekanntesten dieser Verfahren arbeiten mit Dehnungsmeßstreifen, Reißlackschichten, Spannungsoptischen Mitteln, Manometern, Barometern oder Quarzdruckgebern (F.Mesch : Meßtechnisches Praktikum, 3. Auflage, Mannheim/Wien/Zürich 1981, S. 2-1 bis 2-20). Diese Verfahren sind jedoch entweder zu aufwendig oder in kritischer Umgebung nicht funktionsfähig.

Es ist auch bereits eine Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung der Lage und/oder der dielektrischen Eigenschaften von Objekten bekannt, die eine Meßelektrode und zwei felderzeugende Elektroden aufweist, wobei die felderzeugenden Elektroden mit Wechselspannungen beaufschlagt werden, die gegeneinander um 180° phasenverschoben sind (EU-A1 00 38 551). Mit Hilfe dieser bekannten Vorrichtung wird indessen lediglich der Abstand eines Körpers von der Meßelektrode bzw. von einer felderzeugenden Elektrode gemessen. Es ist nicht möglich, mit dieser Vorrichtung einen Druck zu messen.

Mittels einer Abwandlung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung kann auch die Dicke eines mit Hilfe einer Beschichtungsanlage auf einem Trägermaterial erzeugten Materialniederschlags durch Bestimmung der Ablagerungsdicke auf einer Referenzsonde kontinuierlich gemessen werden (P 34 01 140 4-52). Die hierbei erfaßbare Ablagerungsdicke braucht lediglich 1 µm zu betragen oder sich um 1 µm zu verändern. Drücke lassen sich indessen mit dieser bekannten Vorrichtung ebenfalls nicht messen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der es möglich ist, präzise Drücke zu messen, und zwar auch unter schwierigen Umweltsbedingungen.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß aufgrund der Empfindlichkeit der Anordnung bereits kleinste Auslenkungen der Membran und damit kleinste Drücke erfaßt werden können. Hierdurch ist es beispielsweise auch möglich, durch die menschliche Stimme erzeugten Schalldruck zu messen. Da die Ausgangsgröße in Form eines elektrischen Signals vorliegt, während die Eingangsgröße ein akustisches Signal ist, kann die erfindunnsgemäße Anordnung auch als Mikrofon verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Drückmeßgerät;

Fig. 3 eine Variante des in der Fig. 2 gezeigten Geräts;

In der Fig. 1 ist eine zylindrische Dose 1 mit der Wand 2 und dem oberen Deckel 3 dargestellt, die an ihrem unteren Ende 4 offen ist. Zwischen dem Deckel 3 und dem unteren Ende 4 befindet sich eine Membran 5, die als Druckmeßmembran dient. Diese Membran 5 ist elektrisch leitend und über eine Leitung 6 an das elektrische Potential ϕ ₂ angeschlossen. Über der Membran befindet sich eine kreisringförmige Elektrode 7, die ebenfalls elektrisch leitend ist und über eine Leitung 8 an dem elektrischen Potential ϕ ₁ liegt. Eine weitere kreisringförmige Elektrode 9 ist unterhalb der Membran 5 vorgesehen. Diese Eektrode 9 liegt über einer Leitung 10 an dem elektrischen Potential ϕ ₃. Die Potentialdifferenz ϕ-ϕ ₁ entspricht hierbei einer Spannung U ₁, während die Potentialdifferenz ϕ ₃-ϕ ₂ einer Spannung U ₂ entspricht.

Nimmt man nun an, daß in dem geschlossenen Raum zwischen der Membran 5 und dem Deckel 3 der Druck p₁ herrscht, während in dem offenen Raum unterhalb der Membran 5 ein Druck p ₂ vorliegt, so verändert sich das Potential auf der Leitung 6 dann nicht, wenn p ₁=p ₂ und U ₁=U ₂. Wird jedoch p ₂≷p ₁, so wird das elektrische Feld zwischen der Membran 5 und der Elektrode 9 bzw. zwischen der Membran 5 und der Elektrode 7 verzerrt, was sich in einer Potentialverschiebung auf der Leitung 6 bemerkbar macht. Diese Potentialverschiebung kann nun mit einem Elektrometer 11 angezeigt werden. Bei entsprechender Eichung zeigt dieses Elektrometer 11 direkt den Druck p ₂ an, wenn p ₁ im Ruhezustand bekannt war.

Ist p ₂ der atmosphärischen Druck, so stellt die in der Fig. 1 gezeigte Anordnung ein Barometer dar.

In der Fig. 2 ist ein Druckmeßgerät 20 dargestellt, das aus einem zylindrischen Gehäuse 21 mit einem oberen Abschluß 22 und einem unteren Gewindestutzen 23 besteht. Mit Hilfe des Gewindestutzens 23 kann das Anschlußgerät 20 an einen Behälter angeschraubt werden, dessen Druck gemessen werden soll. In der Mitte des Gehäuses 21 befindet sich wieder eine Membran 24, die von kreisringförmigen Elektrodenträgern 26 bzw. 27 aus Keramik begrenzt ist. Auf der Innenseite dieser Elektrodenträger 26 bzw. 27 befinden sich kreisringförmige Elektroden 28, 29, die über die Leitungen 30, 31 an Wechselpotentiale angeschlossen sind, die eine Phasenverschiebung von 180° besitzen. Die Membran 25 liegt an einer Leitung 32, die mit einem nicht dargestellten Meßgerät verbunden ist. Alle drei Leitungen 30, 31, 32 sind in Aussparungen 33, 34, 35 des Gehäuses 21 vorgesehen und können an einem oberen Stutzen 36 des Gehäuses zu einem Kabel zusammengefaßt werden.

In der Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Anordnung als Baustein für ein Mikrofon dargestellt. In einer Kapsel 40 und einem mit Einsprech-Öffnungen 41 versehenen Deckel 42 befindet sich ein zylindrisches Teil, in dem eine ebene Membran 43 angeordnet ist, welche die Form einer flachen Scheibe hat. Oberhalb dieser Membran befindet sich ein Kreisring 47 aus Keramik oder dergleichen, an dessen innerem Umfang eine Elektrode 48 vorgesehen ist, welche über eine Leitung 49 mit einem ersten elektrischen Potential versorgt wird. Auf entsprechende Weise ist innerhalb der Membran 43 ein weiterer Kreisring 45 aus Keramik oder dergleichen angeordnet, der auf seiner Innenseite mit einer Elektrode 46 versehen ist. Diese Elektrode 46 wird über eine Leitung 50 mit einem zweiten elektrischen Potential beaufschlagt. Eine weitere Leitung 51 führt von der Membran 43 zu einer elektronischen Schaltung auf eine Leiterplatte 52. Diese elektronische Schaltung ist durch eine integrierte Schaltung 53 und einen Widerstand 54 angedeutet.

Wird aufgrund einer Einsprache durch die Öffnungen 41 die Membran 43 ausgelenkt, so wird das elektrische Feld zwischen der Membran 43 und den Elektroden 46, 48 verändert, was eine Potentialänderung auf der Leitung 51 zur Folge hat. Diese Potentialänderung wird durch die elektronische Schaltung 53, 54 ausgewertet und verarbeitet. Von der elektronischen Schaltung 53, 54 wird sodann ein Signal abgegeben, das dem akustischen Signal proportional ist. Die Zuführungsleitungen für die elektrischen Potentiale sind im untersten Bereich der Kapsel 40 nur angedeutet. Durch Stecker oder dergleichen können sie aus der Kapsel nach außen geführt und weitergeführt werden.

Die Einzelheiten der Auswerteschaltung sind in der Fig. 1-3 nicht näher dargestellt, da eine solche Auswerteschaltung aus der Fig. 7 der EU-A1 00 38 551 bzw. aus der Fig. 4 der deutschen Patentanmeldung P 34 01 140.4-52 bekannt ist.

Claims

1. Anordnung mit einer Meßelektrode, der in festen Abständen eine erste und eine zweite felderzeugende Elektrode zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektrode gleichzeitig eine Druckmeß-Membran (5, 25, 43) ist, deren eine Seite einem Druck p ₁ und deren andere Seite einem Druck p ₂ ausgesetzt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeß-Membran (5, 25, 33) auf einem ersten Potential, die erste felderzeugende Elektrode (7, 28, 46) auf einem zweiten Potential und die zweite felderzeugende Elektrode (9, 29, 48) auf einem dritten Potential liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, das zweite und das dritte Potential elektrische Gleichpotentiale sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, das zweite und das dritte Potential elektrische Wechselpotentiale sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite und das dritte Poential um 180° phasenverschoben sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste felderzeugende Elektrode (7, 26) zwischen der Druckmeß-Membran (5, 25) und dem Deckel (3, 22) einer Dose (1, 20) angeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite felderzeugende Elektrode (9, 29) zwischen der Druckmeß-Membran (5, 25) und einem offenen Ende (4) einer Dose (1, 20) angeordnet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem offenen Ende der Dose (1, 20) ein Stutzen (23) vorgesehen ist, der mit einem Behälter, dessen Druck gemessen werden soll, verbindbar ist.

9. Anordnung nach einem oder nach mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialleitungen (30, 31, 32) isoliert einem Ausgangsstutzen (36) zugeführt sind.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeß-Membran (5, 25, 43) aus elektrisch leitendem Material besteht.

11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeß-Membran (5, 25, 43) aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht, daß mit einer elektrisch leitenden Schicht überzogen ist.

12. Anordnung nach einem oder nach mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeß-Membran (5, 25, 43) mit einer Auswerteschaltung verbunden ist und daß die Amplituden der um 180° phasenverschobenen Potentiale wenigstens bei Meßbeginn durch den Auswerteschaltkreis so einstellbar sind, daß die in der Druckmeß-Membran (5, 25, 43) durch die beiden felderzeugenden Elektroden (7, 9; 28, 29) bewirkten Ströme gegenseitig kompensiert sind.