FI74350B - Kapacitiv absoluttryckgivare. - Google Patents

Description

74350

Kapasitiivinen absoluuttipaineanturi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen kapasitiivinen absoluuttipaineanturi.

Kapasitiivisessa paineanturissa paine-ero aiheuttaa elastisen kalvon taipuman ja muuttaa kalvoon kytketyn kondensaat-torilevyn etäisyyttä laitteen runkoon liitetystä kiinteästä kondensaattorilevystä tai toiseen kalvoon kiinnitetystä liikkuvasta levystä. Liike on mahdollista kytkeä levyihin joko niin, että paineen kasvu loitontaa levyjä, tai niin, että se lähentää niitä.

Jos levyn liikkumamatka on verrannollinen paineeseen, on anturin kapasitanssin paineherkkyys suurempi paineessa, jossa levyt ovat lähempänä toisiaan kuin paineessa, jossa ne ovat kauempana. Tätä seikkaa on käytetty hyväksi laajalla painea-lueella toimivissa paineantureissa järjestämällä niin, että levyt ovat lähinnä toisiaan pienellä paineella ja loittonevat paineen kasvaessa.

Kuviot 1 ja 2 esittävät tällaisen paineanturirakenteen tunnettuja toteutuksia. Kuviossa 1 kondensaattorilevyt ovat aneroidikapselin ulkopuolella, kuviossa 2 sen sisällä.

Tekniikan tason osalta viitattakoon seuraaviin julkaisuihin: [1] K.E. Bean: Anisotropic Etching of Silicon. IEEE Transactions on Electron Devices, vol ED-25 (1978)

No. 10 pp. 1185-93.

[2] US-patenttijulkaisu 4,386,453 (Giachino et al.).

[3] « 4,257,274 (Shimada et al.) [4] n 4,332,000 (Petersen) [53 n 4,390,925 (Freud) [63 » 3,397,278 (Pomerantz)

Miniatyrisoituja kapasitiivisia paineantureita voi tunnetusti valmistaa myös piistä ja lasista käyttämällä hyväksi mik- 2 74350 rofotolitograflaa ja syövytysmenetelmiä (viite [1]). Viitteessä [2] on kuvattu absoluuttipaineanturi, jossa kon-densaattorilevyt ovat aneroidikapselin sisällä ja lähestyvät toisiaan paineen kasvaessa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan absoluuttipai-neanturi, joka viitteiden [1]...t6] esittämällä valmistustekniikalla toteutettuna toimii kuvioiden 1 ja 2 mukaisten rakenteiden lailla.

Tämä edullinen rakenne voidaan keksinnön mukaan saada aikaan anturilla, joka on toteutettu seuraavasti: - se koostuu kahdesta lasilevystä ja niiden väliin liitetystä piilevystä, - pii- ja lasilevyjä on työstetty niin, että piilevyn toiselle puolelle muodostuu aneroidikapseli, toiselle puolelle ilmaeristeinen kondensaattori, - toinen lasilevy kannattaa kiinteää kondensaattorilevyä, - toinen lasilevy sulkee aneroidikapselin ja - piilevyssä on ohennettu alue, joka taipuu paineen vaikutuksesta ja johon liittyy liikkuva kondensaattorilevy.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mikaiselle anturille on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä viitteen [2] rakenteeseen verrattuna - saavutetaan suurempi herkkyys pienillä paineilla, - aneroidikapselin tilavuus on suurempi (kondensaattori-levyjen väli on tyypillisesti n. 1/100 altaan syvyydestä) - eikä tarvita johtimen tuomista ulos tyhjökapselista.

3 74350

Kuvioiden 1 ja 2 perinteisiin rakenteisiin verrattuna saavutetaan puolestaan - pieni koko, - stabiilimmat materiaalit, - nopea vaste, - pienet sisäiset lämpötilaerot sekä - massatuotantokelpoisuus.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten piirustuskuvioiden 3 - 5 mukaisten suoritusesi-merkkien avulla.

Kuvio 3A esittää yhtä keksinnön mukaista anturia sivuleik-kauskuvantona.

Kuvio 3B esittää kuvion mukaista anturia tasoa A-A myöten leikattuna.

*

Kuvio 4 esittää toista keksinnön mukaista anturia sivuleik-kauskuvantona.

Kuvio 5 esittää kolmatta keksinnön mukaista anturia sivu-leikkaus kuvantona.

Kun halutaan valmistaa absoluuttipaineanturi, jolla on laaja painealue, on levyjen liike saatava viitteessä [2] esitetylle vastakkaiseksi. Kuviot 3A ja 3B esittävät tällaista paineanturirakennetta. Anturi koostuu lasilevystä 1, piile-vystä 2 ja lasilevystä 3· Osat on liitetty toisiinsa esim. viitteen [6] mukaisella menetelmällä. Piilevyyn 2 on toiselle puolelle valmistettu syövyttämällä allas H, joka on tyhjössä peitetty lasilevyllä 1 ja suljettu hermeettisesti. Lasilevyllä 1 suljettu allas 4 muodostaa paineanturin aneroidikapselin.

Piilevyä 2 on työstetty myös toiselta puolelta niin, että on muodostunut ohut laattaosa 5, jossa on paksumpi keskiosa 6.

* 7Ί350

Laattaosa 5 toimii paineherkkänä kalvona ja keskiosa 6 liikkuvana kondensaattorilevynä.

Lasilevyllä 3 on kiinteä kondensaattorilevy 7, joka on muodostettu päällystämällä lasilevylle ohut metallikalvo ja kuvioimalla se. Alue 7 on galvaanisesti yhdistetty liitosalu-eeseen 10 johtimen 12 välityksellä. Toinen liitosalue 11 on johtavassa yhteydessä piilevyn 2 kanssa. Johdin 12 kulkee piilevyyn 2 työstetyn kanavan 9 kautta, jota myöten mitattava paine pääsee vaikuttamaan kalvoon 5. Alueet 10, 11 ja 12 on valmistettu samalla tavalla kuin alue 7.

Paineelle herkkä kapasitanssi muodostuu keskiosan 6 ja levyn 7 välille ilmaraon 8 yli. Sen voi mitata sähköisesti liitos-alueiden 10 ja 11 tai niihin liitettyjen johtimien väliltä.

Anturin tyypilliset mitat 4 mm x 6 mm x 2,5 mm. Laatan 5 paksuus on 10...100 Pm. Ilmaraon 8 leveys on 1...10 ym. Kondensaattorilevyjen 6 ja 7 pinta-ala On 1...10 mm2.

Kuvioiden 4 ja 5 mukaisissa vaihtoehtoisissa rakenteissa on käytetty kuvioiden 3A ja 3& kanssa analogista viitenumeroin-tia.

Kuvion 4 mukaisessa rakenteessa jäykkä keskiosa 6 on jätetty pois, jolloin kalvomainen yhtenäinen laattaosa 5 toimii kondensaattorilevynä.

Kuviossa 5 on esitetty kuvioiden 3A ja 3B mukaisen rakenteen muunnos, jossa aneroidikapselin allas 4 ja ilmaväli 8 on työstetty lasilevyihin 1 ja 3 piilevyn 2 asemesta.

Keksinnön puitteissa voidaan ajatella muitakin edellä kuvatuista suoritusesimerkeistä poikkeavia ratkaisuja. Niinpä on esimerkiksi myös mahdollista joko työstää allas 4 lasilevyyn 1 ja ilmaväli piilevyyn 8 tai allas 4 piilevyyn 2 ja ilmaväli lasilevyyn 3.

Claims (8)

1. 7/1350
2. 1. Kapasitiivinen absoluuttipaineanturi, joka käsittää - alustana toimivan ensimmäisen levyrakenteen (3), - ensimmäisen levyrakenteen (3) päälle sovitetun kiinteän kondensaattorilevyn (7), - samoin ensimmäisen levyrakenteen (3) päälle sovitetun piilevyn (2), johon on työstetty kalvomainen keskiosa (5, 6), joka toimii liikkuvana konden-saattorilevynä, ja - piilevyn (2) päälle sovitetun toisen levyrakenteen (1), tunnettu siitä että toinen levyrakenne (1) on sovitettu hermeettisesti piilevyn (2) päälle niin, että toisen levyrakenteen (1) ja piilevyn (2) väliin mainitun kalvo-maisen keskiosan (5, 6) kohdalle jää aneroidikapselin allas-tila (4).
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että ensimmäinen (3) ja toinen levyrakenne (1) ovat lasilevyjä.
4. 3· Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että kalvomaisessa keskiosassa (5, 6. on jäykkä keskialue (6) (kuviot 3A ja 5). Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että kalvomainen keskiosa (5, 6) on kauttaaltaan ainakin likimain tasapaksu (kuvio 4).
5. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että aneroidikapselin allastila (4) on ainakin osittain työstetty piilevyn (2) toisen levyrakenteen (1) puoleiseen pintaan (kuviot 3A ja 4).
6. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että aneroidikapselin allastila (4) on ainakin osittain työstetty toisen levyrakenteen (1) piilevyn (2) puoleiseen pintaan (kuvio 5). 6 74350
7. 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että elektrodien (12 ja 6) välinen ilmarako (8) on ainakin osittain työstetty piilevyn (2) ensimmäisen levyrakenteen (3) puoleiseen pintaan (kuviot 3A ja 4).
8. 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että elektrodien (12 ja 6) välinen ilmarako (8) on ainakin osittain työstetty ensimmäisen levyrakenteen (3) piilevyn (2) puoleiseen pintaan (kuvio 5). 74350