FR2741441A1 - Appareil de detection de pression de type capacitif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un appareil de détection de pression de type capacitif. Elle se rapporte à un appareil qui comprend un diaphragme (32) dont la position varie avec la différence entre une première et une seconde pression, une première électrode (38a) formant un premier condensateur (Ci) avec le diaphragme et une seconde électrode (38b) formant un second condensateur (C2) avec le diaphragme, un troisième condensateur (C3) modifiant une capacité en fonction de la première pression, un dispositif de détection de la capacité des condensateurs, du premier au troisième, et un dispositif de traitement destiné à obtenir la pression et à la corriger d'après la capacité du troisième condensateur. Application à la mesure de pression des fluides.

Description

La présente invention concerne un appareil de détection de pression

destiné à calculer une pression par mesure d'un déplacement d'un diaphragme qui change avec la pression, et elle concerne plus précisément un appareil de détection de pression de type capacitif destiné à calculer une pression en fonction du déplacement d'un diaphragme, détecté d'après le changement d'une capacité formée entre le diaphragme et

une électrode.

Un appareil classique de détection de pression de type capacitif est décrit dans la demande publiée de brevet japonais n 06-1228 (Tokko-Hei n 06-1228). La figure 1 représente une unité 1 de détection de pression de cet

appareil de détection de pression.

L'unité 1 de détection de pression comporte un dia-

phragme 2 formé de silicium, des premières plaques conduc-

trices 3a et 3b, des plaques isolantes 4a et 4b, des organes de support 5a et 5b, des joints 6a et 6b de verre, et des secondes plaques conductrices 7a et 7b. Les premières plaques conductrices 3a et 3b sont placées l'une en face de l'autre à une distance prédéterminée d du diaphragme 2. Les plaques isolantes 4a et 4b portent les premières plaques conductrices 3a et 3b et les organes de support 5a et 5b sous forme isolée des secondes plaques conductrices 7a et 7b. Le diaphragme 2 est fixé aux organes 5a et 5b de support

par les joints 6a et 6b de verre.

Comme l'indique la figure 1, des tubes 8a et 8b d'introduction de pression traversent les premières plaques conductrices 3a et 3b, les plaques isolantes 4a et 4b et les secondes plaques conductrices 7a et 7b. Les tubes 8a et 8b introduisent des pressions P1 et P2 respectivement au centre de l'unité 1 de détection de pression. Un film conducteur 9 est placé aux surfaces internes des tubes 8a et 8b. Les secondes plaques conductrices 7a et 7b sont connectées électriquement aux premières plaques conductrices 3a et 3b

par le film conducteur 9.

Dans cette configuration de l'unité 1 de détection de pression, les parties gauche et droite du diaphragme 2 jouent le rôle de condensateurs ayant respectivement des

capacités Cl et C2.

La figure 2 représente un exemple de détecteur de pression réalisé avec l'unité 1 de détection de pression. Un fluide incompressible (fluide conducteur de pression) tel qu'une huile de silicone, etc., est enfermé de manière étanche dans des parties 10 et 11 ou des chambres 14a et 14b

de réception de pression dans un détecteur 12 de pression.

L'unité 1 de détection de pression est fixée dans le fluide incompressible au carter du corps du côté du tube 8a d'introduction de pression. Lorsqu'une pression est détectée par le détecteur, elle est transmise des diaphragmes 13a et 13b d'étanchéité au diaphragme 2 par l'intermédiaire du

fluide incompressible.

Cependant, lorsque le détecteur de pression est rempli du fluide incompressible, tel qu'une huile de silicone comme indiqué précédemment, les capacités Cl et C2 dépendent de la constante diélectrique. En conséquence, lorsque la constante diélectrique varie du fait d'un changement de température ou de pression, une erreur de mesure de pression pose alors un problème. Un procédé de correction de l'erreur peut comprendre la détermination de la pression à partir d'un déplacement A du diaphragme 2 après affectation des valeurs mesurées des capacités Cl et C2 par l'équation suivante (1): (Ci - C2)/{ (C1 + C2) - 2Ck} = A/d (1) d indiquant l'espace compris entre le diaphragme 2 et les premières plaques conductrices 3a et 3c, et Ck désignant la capacité parasite créée entre les conducteurs autres que les

électrodes.

Les valeurs des capacités C1 et C2 peuvent être représentées par l'équation suivante (2) dans laquelle S indique la surface de l'électrode, Es indique la constante diélectrique relative du fluide conducteur de pression (huile de silicone), et EO indique la constante diélectrique dans le vide (constante électrique). L'obtention de la pression avec l'équation précitée (1) supprime le terme relatif à la constante diélectrique du fluide conducteur de

pression, si bien que le changement indiqué par le dia-

phragme 2 est calculé de manière satisfaisante sans influ-

ence de la constante diélectrique (permittivité) du fluide conducteur de pression qui varie avec la température et la pression: Ci = 0O.E.S/(d - A) C2 = O0.c.S/(d + A) (2)

Cependant, lorsqu'il faut une mesure de haute préci-

sion, les problèmes suivants se posent. Lorsqu'une pression élevée est mesurée, la totalité de l'unité 1 de détection de

pression reçoit la pression et est comprimée depuis l'exté-

rieur, et l'espace compris entre le diaphragme 2 et les premières plaques conductrices 3a et 3b est réduit alors que les capacités Cl et C2 augmentent. L'équation (2) peut être représentée par l'équation suivante (3) dans laquelle 6 indique le changement de cet espace: Cl = c0.E.S/(d A - 6) C2 = o0.s.S/(d + A - 6) (3) En conséquence, l'équation (1) peut alors être représentée par l'équation suivante (4) et on peut supprimer 6 qui dépend de la pression: (Cl - C2)/{ (C1 + C2) - 2Ck} = A/(d - 6) (4) Lorsque la température du fluide conducteur de pression varie, l'espace compris entre le diaphragme 2 et les premières plaques conductrices 3a et 3b varie, et les capacités Cl et C2 varient donc aussi. Comme l'erreur produite par ces variations n'est pas petite lorsque la pression doit être détectée avec une précision élevée, un capteur de température ou un capteur secondaire de pression

est nécessaire pour l'exécution des corrections nécessaires.

Dans ce cas, des problèmes sont posés par l'augmentation de

coût due à l'augmentation du nombre de dispositifs néces-

saires et de circuits de traitement de signaux nécessaires, etc. Un capteur de pression relativement simple, permettant la solution de ces problèmes, est décrit dans le document "Smart Pressure Sensors for Industrial Application",

Sensors, juin 1995, pages 32, 33, 48 et 49.

La figure 3 représente le capteur de pression corres-

pondant. Sur la figure 3, la référence 21 désigne un condensa- teur de référence et la référence 22 un condensateur de

détection. Ils sont formés sur un substrat 23 de silicium.

Dans cet appareil, la pression de test est appliquée des deux côtés du condensateur de référence 21 et d'un côté du condensateur de détection 22. Une pression de référence est

appliquée à l'autre côté du condensateur 22 de détection.

Une pression différentielle est obtenue d'après le rapport de la capacité du condensateur de référence 21 et de celle du condensateur de détection 22 (R = Cr/Cs, Cr et Cs indiquant respectivement les capacités du condensateur de

référence 21 et du condensateur de détection 22).

D'après le document précité, le rapport R est calculé d'après l'équation suivante (5): R = Cr/Cs = (Tb - Ts)/(Tb - Tr) (5) Ts, Tr et Tb étant déterminés par l'équation suivante (6): Ts = (Cs + Cp)Rf Tr = (Cr + Cp)Rf Tb = (Cr + Cs + Cp)Rf (6) Cp désignant la capacité parasite due aux capacités externes et Rf indiquant la résistance de rétroaction d'un émetteur

utilisé dans la mesure.

Bien que l'appareil représenté sur la figure 3 permette d'éviter l'influence de la capacité parasite Cp existant habituellement à la fois dans le condensateur de référence 21 et le condensateur de détection 22, cet appareil pose un problème car il ne permet pas la compensation de l'effet de la capacité parasite et des capacités Cs et Cr elles-mêmes sur le condensateur de référence 21 et le condensateur de détection 22 en présence d'un changement de température et

de pression.

Le document "Silicon Diaphragm Capacitive Vacuum Sensors", de K. Hatanaka et al., Technical Digest of the 13th Sensors Symposium, 1995, pages 37 à 40, décrit un capteur de vide dans lequel deux capteurs de pression sont utilisés afin qu'ils recouvrent suffisamment une plage de mesure. Cependant, cet exemple analyse la relation entre la pression appliquée à un capteur et le signal de sortie du capteur pour chacun des capteurs, mais ne décrit pas la technologie de mesure recouvrant une large plage avec une précision élevée par combinaison de deux signaux de capteurs

dans une analyse de pression.

Une technologie de traitement de signaux de sortie de plusieurs capteurs de pression est décrite dans la demande publiée et mise à l'inspection publique de brevet japonais Tokkai-Hei n 7-209 122. cette technologie assure une liaison déterminée et consécutive entre les courbes caractéristiques des capteurs individuels par application d'une fonction de pondération dans une plage intermédiaire dans laquelle les plages de mesure de pression de deux capteurs de pression dépendant de principes différents de mesure se recouvrent mutuellement. Cependant, dans le procédé décrit dans ce document, la fonction de pondération ne peut pondérer que le signal de sortie du capteur indiquant un changement plus grand lorsque les signaux de sortie des capteurs changent sous l'influence d'une perturbation telle qu'un changement de température ambiante, etc. En conséquence, un problème est posé par le fait que le changement du signal de sortie dû à cette perturbation ne peut pas être réduit. Un problème analogue se pose lorsqu'une perturbation affecte le signal de sortie d'un seul capteur, et influence ainsi la spécification des caractéristiques de la plage intermédiaire ainsi que des caractéristiques du capteur. Ainsi, dans la technologie décrite précédemment dans ce document, on ne peut pas éviter une réduction de la précision du signal de sortie des capteurs. En outre, cette technologie pose aussi les problèmes suivants. D'abord, lorsqu'un signal du capteur est corrigé en fonction de la température, etc., la correction doit être réalisée pour chacun de plusieurs signaux de capteurs et des données de correction doivent être préparées pour chaque capteur, si bien que les coûts sont accrus. Comme les opéra- tions sont toujours réalisées avec plusieurs capteurs, les signaux de sortie de tous les capteurs doivent toujours être contrôlés et corrigés. Ainsi, la vitesse de traitement est réduite et la consommation d'énergie électrique accrue. En particulier, il faut longtemps pour effectuer à la fois une opération de pondération dans une plage intermédiaire et une opération de correction des signaux de sortie de l'opération de pondération, si bien que la vitesse de l'ensemble du

processus est réduite et la consommation d'énergie élec-

trique est accrue. En outre, lorsqu'un réglage d'une plage de mesure de pression est modifié, un signal convenable doit être sélectionné à partir de plusieurs capteurs, et les

signaux de capteurs sélectionnés doivent être couplés régu-

lièrement. Dans ces conditions, les opérations deviennent compliquées et la précision voulue ne peut pas être

facilement garantie.

L'appareil de détection de pression détecte un change-

ment dû à une différence de pression indiquée par un diaphragme sous forme d'une capacité. Les problèmes posés

par cet appareil sont par exemple le fait que les caracté-

ristiques de transformation d'un signal de détection ne sont pas linéaires à cause de la présence de la capacité parasite créée dans l'unité de détection, parce qu'une erreur de mesure existe, etc. Des procédés destinés à la solution de ces problèmes sont décrits dans la demande publiée et mise à l'inspection publique de brevet japonais Tokkai-Sho n 64-71 211 et la

demande publiée de brevet japonais Tokko-Hei n 4-12 813.

Dans le premier document, l'influence de la capacité parasite peut être réduite à l'aide du rapport entre deux capacités. Dans le second document, l'influence de la capacité parasite peut être supprimée par utilisation d'une

capacité fixe équivalant à la capacité parasite.

Cependant, comme la capacité indique un changement d'une courbe quadratique en fonction d'une pression, dans le premier document, une opération de correction, par exemple de linéarisation, etc., devient compliquée. En conséquence, il est difficile de détecter une pression avec une précision élevée et la plage de mesure est limitée. Ce phénomène est décrit dans la suite en référence aux figures 4A à 4C. La figure 4A représente simplement une partie de condensateur, et les figures 4B et 4C les relations entre la pression et

le rapport des capacités.

Comme l'indique la figure 4A, dans l'appareil dans

lequel une électrode mobile ELV est associée à deux élec-

trodes fixes ELF, les capacités Cl et C2 entre les électrodes indiquent des changements tels qu'une capacité augmente lorsque l'autre diminue, lorsque l'électrode mobile ELV se déplace vers la gauche ou vers la droite à la suite d'un changement de pression. Si l'on suppose que d désigne la distance comprise entre l'électrode mobile ELV et l'électrode fixe ELF, les capacités Ci et C2 peuvent être calculées de la manière suivante lorsque l'électrode mobile ELV indique un changement de position (déplacement) Ad indiqué en trait interrompu sur la figure 4A: Ci = ES/(dl - Adl) C2 = ES/(d2 - Ad2) ú étant la constante diélectrique entre les électrodes et S

la surface des électrodes.

Dans le procédé décrit dans la demande publiée et mise à l'inspection publique de brevet japonais Tokkai-Sho n 58-21 104, un changement de la position de l'électrode mobile ELV est calculé à l'aide de l'équation suivante: (Ci - C2)/(C1 + C2) = Adl/dl Adl étant proportionnel à la pression, si bien que la valeur de (C1 - C2)/(C1 + C2) varie linéairement avec la pression

P comme indiqué sur la figure 4B.

Dans le procédé décrit dans la demande publiée et mise à l'inspection publique de brevet japonais n 64-71 211, la relation entre le rapport des capacités et le changement de pression est représenté par l'équation suivante: C1/C2 = (dl + Adl)/(dl - Adl) Bien que le changement Adl soit proportionnel à la pression, une erreur de mesure existe puisque la relation entre le rapport des capacités et la pression indique un

changement correspondant à une courbe quadratique.

Comme décrit dans la demande publiée de brevet japonais n 4-12 813, une capacité parasite varie avec la variation de température lorsque la capacité parasite est compensée à

l'aide d'une capacité fixe équivalant à la capacité para-

site. En conséquence, il est difficile d'éliminer la capa-

cité parasite dans toutes les plages de températures à l'aide d'une capacité fixe spécifique. En outre, une tension V de sortie est obtenue d'après l'équation suivante, avec la tension d'alimentation E: V = (Cl C2)/(C1 + C2) x E Dans ce cas, la tension d'alimentation E peut varier, et le bruit appliqué à cette tension affecte le signal détecté et le rend instable. Ce bruit peut aussi beaucoup

affecter le traitement numérique des signaux.

La présente invention a été mise au point pour la solution des problèmes précités, et elle a pour objet la

réalisation d'un appareil de détection de pression permet-

tant la mesure d'un pression avec une précision élevée et un

faible coût. Elle concerne aussi la réalisation d'un appa-

reil de détection de pression qui permet un traitement facile d'un signal de détection en un court temps de

traitement de signaux avec une faible consommation d'éner-

gie, dans un circuit de traitement. En outre, l'invention concerne la mise à disposition d'un appareil de détection de pression ayant une précision de détection extrêmement élevée et dans lequel l'influence d'une capacité parasite est

notablement réduite.

L'appareil de détection de pression selon la présente

invention est un appareil de type capacitif destiné à détec-

ter une pression appliquée à un diaphragme en fonction de la

capacité qui varie avec un changement de position (dépla-

cement) du diaphragme. Il comporte un diaphragme sensible à une pression différentielle entre une première et une seconde pression, une première électrode placée en face du premier plan du diaphragme pour la formation d'un premier condensateur avec ce dernier, une seconde électrode placée en face du second plan du diaphragme pour la formation d'un

second condensateur avec ce dernier, un troisième conden-

sateur dont la capacité varie avec la première pression, une unité de détection des capacités des trois condensateurs, et une unité d'exploitation destinée à déterminer la pression appliquée au diaphragme d'après les capacités du premier et du second condensateur et à corriger la pression déterminée d'après la capacité du troisième condensateur. Grâce à cette correction (correction de pression absolue), la pression détectée peut être corrigée d'après le niveau de pression appliqué à l'appareil de détection de pression, si bien que

la précision de détection de l'appareil est accrue.

L'appareil de détection de pression peut en outre comporter une unité de commutation des connexions entre l'unité de détection et les condensateurs, du premier au troisième, pour la transmission sélective d'un signal de

sortie des trois condensateurs vers l'unité de détection.

L'utilisation de l'unité de commutation évite l'utilisation d'une unité de détection pour chaque condensateur, si bien

que l'appareil réalisé peut avoir un faible coûfit.

Le troisième condensateur comporte une troisième élec-

trode formée sur le substrat isolant et un substrat conduc-

teur. Un vide est maintenu pratiquement entre la troisième

électrode et le substrat conducteur. Dans cette configu-

ration, le troisième condensateur peut détecter le niveau de pression absolue (la première pression précitée) sans subir aucune influence d'un changement de constante diélectrique d'un fluide conducteur de pression sous l'action de la

température ou de la pression.

L'appareil de détection de pression peut en outre comporter un quatrième condensateur dont la capacité varie avec la température ambiante autour du diaphragme. L'unité d'exploitation donne une correction de température pour la

pression déterminée d'après la capacité du quatrième conden-

sateur. Dans ce cas, l'unité de commutation commute les connexions entre les quatre condensateurs et l'unité de détection, pour la transmission sélective d'un signal de sortie des condensateurs, du premier au quatrième, à l'unité de détection. Le quatrième condensateur peut comprendre un substrat conducteur et une troisième électrode entre lesquels est placé un substrat isolant. La correction de température permet la correction d'une pression détectée en fonction de la température de l'appareil de détection de

pression, si bien que la précision de détection de l'appa-

reil est accrue.

Le quatrième condensateur peut comprendre une paire d'électrodes formées avec un substrat diélectrique placé entre elles. L'utilisation du substrat diélectrique formé par exemple d'une céramique dont la constante diélectrique varie beaucoup avec la température, entre deux électrodes du quatrième condensateur, permet une détection très précise de l'influence de la température. La pression peut alors être

corrigée avec une grande précision.

Le quatrième condensateur précité peut être formé par deux électrodes en forme de peigne qui s'imbriquent mutuellement sur un substrat. L'appareil peut facilement

être fabriqué à un faible coût à l'aide du quatrième conden-

sateur précité.

L'appareil de détection de pression selon la présente invention peut en outre comporter un cinquième condensateur disposé de part et d'autre d'un fluide conducteur de pression destiné à transmettre la première pression au diaphragme. Dans ce cas, l'unité d'exploitation effectue des corrections d'après le changement de constante diélectrique du fluide conducteur de pression sous l'action de la

pression obtenue d'après la capacité du cinquième conden-

sateur. Grâce aux corrections, l'influence de la constante diélectrique d'un fluide conducteur de pression qui varie avec la température et la pression peut être supprimée de la pression détectée. En conséquence, la précision de détection de pression est considérablement accrue. A ce moment, l'unité de commutation commute les connexions entre les cinq

condensateurs et l'unité de détection et transmet sélec-

tivement l'un des signaux de sortie des condensateurs, du

premier au cinquième, à l'unité de détection.

Le cinquième condensateur comprend la troisième élec-

trode formée sur un substrat isolant et un substrat conduc-

teur. Le fluide conducteur de pression remplit l'espace

compris entre la troisième électrode et le substrat conduc-

teur. Le cinquième condensateur peut être formé par une paire d'électrodes en forme de peigne qui s'imbriquent sur un substrat isolant. Dans ce cas, le fluide conducteur de pression précité remplit l'espace formé entre les paires d'électrodes en forme de peigne. Dans cette configuration,

l'appareil peut être facilement produit à un faible coût.

Le troisième condensateur peut comprendre une troisième électrode formée sur un substrat isolant et un substrat conducteur. Un vide est pratiquement maintenu entre la troisième électrode et le substrat conducteur. La partie du substrat conducteur qui correspond au troisième condensateur est formée avec une épaisseur prédéterminée par un procédé d'attaque dans un plasma appliqué des deux côtés du substrat conducteur. En conséquence, le substrat conducteur de la partie correspondant au troisième condensateur peut être mince. Dans la configuration du troisième condensateur précité, la précision de détection de la pression absolue peut être accrue et des corrections plus précises peuvent

être apportées à la pression absolue.

Un autre appareil de détection de pression selon la présente invention comprend un premier diaphragme sensible à une pression différentielle existant entre la première et la seconde pression, une première électrode placée en face du premier plan du diaphragme pour la formation d'un premier

condensateur avec le premier diaphragme, une seconde élec-

trode opposée au second plan du premier diaphragme pour la formation du second condensateur avec le premier diaphragme, un second diaphragme sensible à la pression différentielle entre la première et la seconde pression, une troisième électrode placée en face du premier plan du second diaphragme pour la formation du troisième condensateur avec le second diaphragme, une quatrième électrode placée en face du second plan du second diaphragme pour la formation du

quatrième condensateur avec le second diaphragme, un cin-

quième condensateur dont la capacité varie avec la première

pression, une unité de détection des capacités des conden-

sateurs, du premier au cinquième, et une unité d'exploitation destinée à obtenir la pression appliquée au diaphragme d'après les capacités du premier, du second, du troisième et du quatrième condensateur et à corriger la

pression obtenue d'après la capacité du cinquième conden-

sateur. Avec les deux diaphragmes, les résultats de détection de pression sont comparés et sélectionnés pour la

détection de la pression avec une précision accrue.

L'appareil de détection de pression peut en outre comporter une unité de commutation de la connexion entre l'unité de détection et les condensateurs, du premier au cinquième, afin qu'un signal de sortie des condensateurs, du premier au cinquième, soit transmis sélectivement à l'unité de détection. L'utilisation de l'unité de détection ne nécessite pas une unité de détection par condensateur, si

bien que l'appareil peut être réalisé à un faible coût.

L'appareil de détection de pression peut en outre comporter un sixième condensateur dont la capacité varie avec la température ambiante autour du premier ou du second

diaphragme. L'unité d'exploitation peut assurer une correc-

tion de la pression en fonction de la température d'après la capacité du sixième condensateur. Dans ce cas, l'unité de commutation commute la connexion entre les condensateurs, du

premier au sixième, et l'unité de détection pour la trans-

mission sélective d'un signal de sortie des condensateurs, du premier au sixième, à l'unité de détection. La correction en fonction de la température permet la modification de la pression détectée d'après la température de l'appareil de détection de pression, si bien que la précision de détection de la pression est accrue. Le sixième condensateur peut comprendre un substrat conducteur et une cinquième électrode

entre lesquels est placé un substrat isolant.

L'un des deux diaphragmes précités peut être utilisé pour des pressions relativement faibles et l'autre pour des pressions plus élevées. Dans ce cas, le premier diaphragme est plus mince que le second. Par ailleurs, la circonférence du premier diaphragme est plus mince que celle du second diaphragme. L'utilisation de ces deux types de diaphragmes permet une mesure de pression avec une précision élevée,

recouvrant une large plage de pressions.

L'unité d'exploitation décrite peut comprendre une unité de formation de moyenne ou plusieurs, destinées à former la moyenne d'une valeur de pression calculée d'après les capacités du premier et du second condensateur et d'une valeur de pression calculée d'après les capacités du troisième et du quatrième condensateur, et à transmettre un signal de sortie correspondant, une unité de sélection de capteur destinée à sélectionner et à transmettre une valeur de pression calculée en fonction des capacités du premier et du second condensateur et de la valeur de pression calculée d'après les capacités du troisième et du quatrième condensateur, et une unité génératrice d'un signal composite destinée à combiner et à transmettre, par un procédé prédéterminé, la valeur de pression calculée d'après les capacités du premier et du second condensateur et la valeur de pression calculée d'après les capacités du troisième et

du quatrième condensateur. A ce moment, l'unité d'exploi-

tation peut comprendre une unité de correction d'exploita-

tion de signal de sortie destinée à commander sélectivement une unité parmi l'unité de formation de moyenne, l'unité de sélection de capteur et l'unité génératrice du signal composite pour l'obtention d'un signal de sortie. Ainsi, un

mode plus convenable de correction de pression est sélec-

tionné, et la pression peut être détectée avec une précision élevée. L'appareil de détection de pression selon la présente invention peut en outre comprendre un septième condensateur qui est placé de part et d'autre d'un fluide conducteur de pression pour la transmission de la première pression au premier et au second diaphragme précités. Dans ce cas, l'unité d'exploitation effectue des corrections qui dépendent du changement de constante diélectrique du fluide conducteur de pression sur la pression obtenue d'après la capacité du septième condensateur. A ce moment, l'unité de commutation commute la connexion des condensateurs, du

premier au septième, à l'unité de détection pour la trans-

mission sélective de l'un des signaux de sortie des

condensateurs, du premier au septième, à l'unité de détec- tion. Grâce aux corrections, l'influence de la constante diélectrique du

fluide conducteur de pression qui varie avec la température et la pression peut être supprimée d'une pression détectée. En conséquence, la précision de détection

de pression peut être considérablement accrue.

L'unité de détection peut comprendre une unité de conversion de capacité destinée à transformer la capacité des condensateurs, du premier au septième, en signaux pulsés, un circuit de comptage destiné à détecter le nombre d'impulsions des signaux pulsés et le temps de création des signaux pulsés, et un circuit opérationnel destiné à déterminer la capacité des condensateurs, du premier au septième, d'après le nombre d'impulsions des signaux pulsés détectés par le circuit de comptage et le moment auquel ils sont créés. L'unité précitée de conversion de capacité peut comprendre une porte à bascule de Schmidt qui crée une

impulsion avant que la tension de décharge des conden-

sateurs, du premier au septième, n'atteigne un second seuil

après avoir dépassé un premier seuil.

L'unité précitée de conversion de capacité peut comprendre une porte à bascule de Schmidt qui crée une

impulsion avant que la tension de décharge des condensa-

teurs, du premier au septième, n'atteigne un second seuil après avoir dépassé un premier seuil. L'unité précitée de conversion de capacité peut comprendre une porte NON-ET qui crée, à un niveau élevé de tension de porte, une impulsion avant que la tension de décharge des condensateurs, du premier au septième, n'atteigne un second seuil après être passée à un premier seuil. En outre, l'unité précitée de conversion de capacité peut comprendre un circuit qui comporte deux résistances et deux inverseurs, pour la création d'une impulsion avant que

la tension de décharge des condensateurs, du premier au sep-

tième, n'atteigne un second seuil après être passée à un

premier seuil.

La capacité peut être détectée avec une précision élevée par détection de la capacité d'un condensateur du type décrit précédemment avec un signal pulsé obtenu par

charge et décharge du condensateur. La consommation d'éner-

gie électrique par l'appareil peut être réduite à une faible valeur par limitation du temps de création d'un signal pulsé. L'unité précitée de conversion de capacité peut aussi comprendre un circuit possédant deux commutateurs connectés à une source de courant constant et une porte, destiné à créer une impulsion avant que la tension de décharge des condensateurs, du premier au septième, n'atteigne un second seuil après être passée à un premier seuil. Dans cette configuration, la tension d'entrée de la porte indique une forme d'onde ayant une pente élevée au voisinage de la tension de seuil, si bien que l'influence du bruit est

considérablement réduite.

L'unité précitée de conversion de capacité peut être formée par un circuit possédant une première résistance, une seconde résistance et trois inverseurs connectés en parallèle avec la première résistance. L'unité de conversion de capacité peut aussi être formée par un circuit comprenant une première résistance et une seconde résistance, une porte NON-ET, et deux inverseurs connectés en parallèle avec la première résistance. En outre, l'unité de conversion de capacité peut être formée par un circuit en série ayant deux commutateurs connectés à une source de courant constant, une résistance et trois inverseurs. Dans cette configuration, le changement de la tension de charge-décharge du condensateur peut être accru. En conséquence, la fréquence d'oscillation d'une impulsion peut être réduite, et la consommation

d'énergie peut aussi être réduite.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

seront mieux compris à la lecture de la description qui va

suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe d'une unité de détection de pression de l'appareil classique de détection de pression de type capacitif; la figure 2 est une coupe de l'appareil classique de détection de pression de type capacitif; la figure 3 est une coupe du capteur classique de pression; les figures 4A à 4C illustrent le problème posé par la technologie connue; la figure 5 est une coupe représentant l'unité de détection de pression de l'appareil de détection de pression de type capacitif dans un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 6 est un diagramme synoptique représentant la configuration d'un appareil de détection de pression selon l'invention; la figure 7 est une coupe représentant l'unité de détection de pression de l'appareil de détection de pression dans un second mode de réalisation de la présente invention; les figures 8A et 8B sont respectivement une vue en plan et une coupe d'un second exemple d'unité de détection de température dans le second mode de réalisation; la figure 9 est une coupe d'une unité de détection de pression de l'appareil de détection de pression dans un troisième mode de réalisation de la présente invention; les figures 10A et 0lB sont respectivement une vue en plan et une coupe du second exemple d'unité de détection de

constante diélectrique dans le troisième mode de réali-

sation; la figure 11 est une coupe de l'unité de détection de pression de l'appareil de détection de pression dans un quatrième mode de réalisation de la présente invention; la figure 12 est une coupe de l'unité de détection de pression de l'appareil de détection de pression dans un cinquième mode de réalisation de la présente invention; la figure 13 est un diagramme synoptique représentant la configuration de l'appareil de détection de pression correspondant au cinquième mode de réalisation; la figure 14 est un diagramme synoptique représentant la configuration du circuit opérationnel de l'appareil de détection de pression selon la présente invention; la figure 15 est un graphique représentant la relation entre le signal de sortie du capteur et la pression; la figure 16 est un diagramme synoptique représentant la configuration de l'unité de formation de moyenne du circuit opérationnel selon la présente invention; la figure 17 est un graphique indiquant la relation entre le signal de sortie d'un capteur et la pression, utile

pour la description de l'opération de formation de moyenne

selon l'invention; la figure 18 est un diagramme synoptique représentant la configuration de l'unité de sélection de capteur du circuit opérationnel selon la présente invention; la figure 19 est un graphique indiquant la relation entre le signal de sortie et la pression, utile pour la

description du signal de sortie de l'unité de sélection de

capteur; la figure 20 est un diagramme synoptique représentant la configuration d'une unité génératrice d'un signal composite du circuit opérationnel selon la présente invention; la figure 21 est un graphique indiquant la relation entre le signal de sortie et la pression, utile pour la

description du signal de sortie de l'unité génératrice du

signal composite; les figures 22A et 22B sont des graphiques illustrant la correction initiale; les figures 23A et 23B sont des graphiques représentant les réglages d'ajustement de plage et externe; la figure 24 est un diagramme synoptique représentant

la configuration de l'unité de correction du circuit opéra-

tionnel selon la présente invention; la figure 25 est une coupe de l'unité de détection de pression de l'appareil de détection de pression dans un sixième mode de réalisation de la présente invention; la figure 26 est un diagramme synoptique représentant la configuration de l'appareil de détection de pression correspondant à l'unité de détection de pression dans le sixième mode de réalisation de la présente invention; la figure 27 est un diagramme synoptique représentant le système de transmission de signaux de l'appareil de détection de pression selon la présente invention; la figure 28 représente des formes d'onde de signaux créées par l'appareil de détection de pression selon la présente invention; la figure 29 est un diagramme synoptique représentant

le second exemple de configuration de l'appareil de détec-

tion de pression correspondant au sixième mode de réalisation de la présente invention; la figure 30 est un diagramme synoptique d'un troisième exemple de configuration d'appareil de détection de pression correspondant au sixième mode de réalisation de la présente invention; la figure 31 est un diagramme synoptique représentant le quatrième exemple de configuration de l'appareil de détection de pression correspondant au sixième mode de réalisation de la présente invention; la figure 32 est un diagramme synoptique représentant le cinquième exemple de configuration de l'appareil de détection de pression correspondant au sixième mode de réalisation de la présente invention; la figure 33 est un diagramme synoptique représentant le sixième exemple de configuration de l'appareil de détection de pression correspondant au sixième mode de réalisation de la présente invention; et la figure 34 est un diagramme synoptique représentant le septième exemple de configuration de l'appareil de détection de pression correspondant au sixième mode de

réalisation de la présente invention.

La figure 5 est une coupe représentant le premier mode de réalisation d'unité de détection de pression (capteur) de l'appareil de détection de pression de type capacitif selon la présente invention. Une unité 30 de détection de pression

est utilisée à la place par exemple de l'unité 1 de détec-

tion de pression du détecteur 12 de pression représenté sur la figure 2. Dans ce cas, le détecteur de pression représenté sur la figure 2 peut être l'appareil de détection

de pression selon la présente invention.

Comme l'indique la figure 5, l'unité 30 de détection de pression comporte un substrat 31 de silicium et des substrats isolants 35a et 35b entre lesquels est fixé le substrat de silicium 31. Un diaphragme 32 est formé au centre du substrat 31 de silicium, par une opération d'attaque dans un plasma, etc., effectuée des deux côtés du substrat 31 de silicium. Le diaphragme 32 comporte une partie plate 33 qui est plate et plus mince que le substrat 31 de silicium, et une partie mince 34 sous forme d'une unité circulaire mince entourant la partie plate 33. Les substrats isolants 35a et 35b sont formés d'un matériau isolant ayant un coefficient de dilatation thermique

approximativement égal à celui du substrat 31 de silicium.

Par exemple, le matériau peut être formé de verre "Pyrex", et peut être raccordé de manière hermétique à la circon- férence du substrat 31 de silicium par un procédé électrostatique. Ainsi, des espaces 36a et 36b sont formés

des deux côtés du diaphragme 32.

Des électrodes fixes 37a et 37b sont formées sur la partie correspondant à la partie plate 33 du diaphragme 32 des substrats isolants 35a et 35b par application de deux couches de chrome et d'or par un procédé de pulvérisation, etc. Des condensateurs C1 et C2 (dont les capacités sont aussi représentées par Cl et C2) sont formés entre les substrats isolants 35a et 35b et le diaphragme 32. Des ouvertures 38a et 38b de guidage de pression relient les espaces 36a et 36b à une région extérieure. Des électrodes 39a et 39b sont formées autour des ouvertures 38a et 38b par un procédé de pulvérisation cathodique, etc., de l'intérieur vers l'extérieur des ouvertures 38a et 38b des substrats isolants 35a et 35b comme indiqué sur la figure 5. Les électrodes 39a et 39b sont connectées électriquement aux

électrodes fixes 37a et 37b.

L'unité 30 de détection de pression comporte en outre une unité 40 de détection de pression absolue et une unité 46 de détection de température. L'unité 40 de détection de pression absolue possède un espace 41 (espace de vide) créé par traitement d'un substrat de silicium, par exemple par attaque dans un plasma, jusqu'à la profondeur de la partie plate 33 du diaphragme 32. L'électrode 42 est placée du côté du substrat isolant 35a de l'espace 41 comme indiqué sur la figure 5, et une électrode 44 de connexion est formée à l'intérieur de l'ouverture 43 au niveau du substrat isolant a pour la connexion de l'espace 41 à une région extérieure, et en dehors du substrat isolant 35a qui entoure l'ouverture 43. L'électrode de connexion 44 est connectée électriquement à une électrode 42, et un condensateur C3 est formé entre l'électrode 42 et le substrat 31 de silicium. Un substrat isolant 45 est connecté à l'électrode 44 de connexion par liaison par diffusion, liaison statique, etc. en atmosphère sous vide afin que le vide soit conservé dans l'espace 41. Le substrat isolant 45 n'est pas limité à un

matériau isolant.

L'unité 46 de détection de température comporte une électrode 47 placée à la surface externe du substrat isolant a. Un condensateur C4 est formé entre l'électrode 47 et le substrat de silicium, avec interposition du substrat

isolant 35a.

Une base 48 est destinée à fixer l'unité 30 de détection de pression (l'unité 1 de détection de pression correspond à l'unité 30 de ce mode de réalisation) sur le corps par exemple de l'unité 12 de détection de pression représentée sur la figure 2. Une plaque isolante 49 isole l'électrode 39b de la base 48. L'électrode 39b est connectée à la plaque isolante 49, et cette dernière est connectée à la base 48 par une technologie classique bien connue. Une ouverture 50 est destinée à connecter le substrat 31 de silicium à la masse. Une électrode 51 est formée par le procédé de pulvérisation cathodique, etc. dans l'ouverture afin que l'électrode 51 soit connectée au substrat 31 de silicium comme représenté sur la figure 5. Ainsi, le

substrat 31 de silicium est connecté à la masse.

Au cours d'une mesure de pression, des pressions P1 et P2 sont appliquées des deux côtés (par le haut et par le bas) à l'unité 30 de détection de pression. Les niveaux des

pressions P1 et P2 sont arbitraires, mais la description qui

suit concerne l'exemple dans lequel on a P2 > Pi.

Lorsque les pressions Pl et P2 (P2 > Pl) sont appliquées aux deux côtés de l'unité détectrice 30, la pression différentielle déplace le diaphragme 32 dans le sens indiqué par la flèche. Le déplacement du diaphragme 32 est calculé par détection des capacités Cl et C2 des condensateurs Ci et C2 et par introduction des résultats dans l'équation précitée (1). Lors du fonctionnement, le déplacement et la pression différentielle peuvent être obtenus sans influence du changement dû à la température et à la pression de la constante diélectrique du fluide conducteur de pression qui remplit l'unité 30 comprenant une ouverture 10 de guidage de pression comme décrit précédem- ment. Lorsqu'une pression est appliquée, la partie qui se trouve du côté de l'espace 41 (espace vide) du substrat 35a est déformée par la pression P2, et la capacité C3 du condensateur C3 varie. Ainsi, un signal correspondant à la valeur absolue de la pression (P2) est obtenu à l'aide du condensateur C3. Suivant ce signal, la pression absolue du signal de détection est corrigée. En conséquence, une mesure plus précise peut être réalisée par prise en compte de

l'influence de la déformation de l'appareil par la pression.

Bien que l'espace 41 puisse être modifié par la dilatation thermique du substrat 31 de silicium lors d'un changement de température de l'appareil, la sensibilité à la pression du condensateur C3 peut être suffisamment accrue par réglage convenable de dimension de l'espace 41 et du substrat isolant 35a. En conséquence, la pression absolue peut être détectée avec une précision élevée sans influence

d'un changement de température.

De plus, le changement de température de l'appareil change aussi la constante diélectrique du substrat isolant 35a. Comme le matériau du substrat isolant, par exemple le verre "Pyrex", etc., accroît normalement la constante diélectrique en proportion de l'élévation de température, la

capacité C4 du condensateur C4 varie de manière corres-

pondante. En conséquence, la mesure du changement de capacité C4 détermine la température de l'appareil et permet

une correction de la pression en fonction de la température.

Le substrat isolant 35a peut être comprimé et aminci par la pression, mais ce phénomène a peu d'influence sur la capacité et on peut l'ignorer. Bien que la capacité C4 soit influencée par un changement de constante diélectrique du fluide hydraulique à cause de la présence de lignes de force électrique qui s'échappent du fluide conducteur de pression disposé autour, le problème peut être résolu par disposition de l'électrode 47 suffisamment loin de l'extrémité du substrat isolant 35a. Ainsi, l'influence du changement de pression sur la capacité C4 peut être considérablement réduite, avec obtention d'une mesure précise du changement

de température.

La figure 6 représente la configuration d'un appareil

de détection de pression selon la présente invention.

L'appareil 50 de détection de pression comprend un circuit 52 de détection, un circuit 53 de commutation et une unité d'exploitation 54. Les références Ci à Cn de la figure 6 désignent des condensateurs de l'unité de détection de pression de ce mode de réalisation. Le circuit 52 détecte les capacités des condensateurs Cl à C4. Le circuit 53 commute les signaux des condensateurs Cl à C4 et les transmet au circuit 52 de détection. L'unité d'exploitation 54 calcule les pressions différentielles entre Pi et P2 d'après la capacité détectée des condensateurs Cl et C2 et effectue une opération de correction prédéterminée d'après la capacité détectée des condensateurs C3 et C4. Ainsi, la correction de pression et la correction de température sur la pression différentielle obtenue peuvent être effectuées

de manière satisfaisante.

A l'aide du circuit de commutation 53, l'appareil peut être réalisé avec un faible coût sans utilisation séparée d'un circuit de détection et d'un circuit opérationnel pour chaque condensateur. Sur la figure 5, plusieurs diaphragmes ou unités de détection de pression différentielle peuvent être réalisés. En outre, plusieurs unités de détection de pression peuvent être présentes. En conséquence, la sensibilité de détection différentielle peut encore être accrue et plusieurs pressions différentielles peuvent être

détectées simultanément. Dans ce cas, des signaux supplé-

mentaires de sortie des condensateurs C5 à Cn sont commutés par le circuit 53 de commutation et transmis au circuit 52 de détection et à l'unité d'exploitation 54, si bien que les

coûts de l'appareil sont réduits.

La figure 7 représente l'unité de détection de pression de l'appareil de détection de pression dans le second mode de réalisation de la présente invention. Dans une unité 30' de détection de pression, les unités qui sont aussi représentées sur la figure 5 portent les mêmes références

numériques et leur description détaillée est omise.

L'unité 30' de détection de pression diffère de celle qui est représentée sur la figure 5 en ce que l'unité 46 de détection de température est remplacée par une unité 46' de détection de température. L'unité 46' comporte un substrat diélectrique 55 placé à l'extérieur du substrat isolant 35a (au-dessus de celui-ci) et des électrodes 56a et 56b entourant le substrat diélectrique 55. Ce substrat diélectrique 55 et les électrodes 56a et 56b forment un condensateur C4'. L'électrode 56a est connectée à la masse

par un câblage 57a formé sur le substrat isolant 35a.

L'électrode 56b est connectée au circuit de commutation 53 par un câblage 57b formé sur le substrat isolant 35a. I1 est souhaitable que le substrat diélectrique 55 soit par exemple

formé d'une céramique, etc. possédant une constante diélec-

trique élevée et une grande variation avec la température.

Dans le mode de réalisation considéré, le matériau du condensateur C4' n'est pas limité à celui du diaphragme (silicium dans le premier mode de réalisation), si bien qu'une plus grande sensibilité en fonction de la température

et de la capacité peut être obtenue de manière satisfai-

sante. Le condensateur C4' peut aussi être placé sur le

substrat isolant 35b.

Les figures 8A et 8B sont une vue en plan et une vue en élévation latérale respectivement d'un autre exemple

d'unité 46' de détection de température.

L'unité 46' de détection de température diffère de

* l'unité 46' représentée sur la figure 7 en ce que l'élec-

trode du condensateur C4' est placée d'un seul côté du substrat diélectrique 55 sous forme d'une paire d'électrodes 58a et 58b en forme de peigne. Les électrodes 58a et 58b sont connectées et fixées aux câblages 57a et 57b. Dans cet

exemple, comme une petite surface de l'électrode du conden-

sateur seulement vient au contact du fluide conducteur de

pression, l'influence du changement de constante diélec-

trique du fluide conducteur de pression est très faible et la précision de correction de température peut être

meilleure. En outre, l'électrode peut être facilement pro-

duite et réalisée si bien que les coûts sont réduits.

L'unité 46" de détection de température peut aussi être formée sur le substrat isolant 35b représenté sur la

figure 7.

La figure 9 représente un troisième mode de réalisation d'unité de détection de pression de l'appareil de détection de pression selon l'invention. Dans l'unité 30" de détection de pression, les parties qui sont aussi représentées sur la figure 5 portent les mêmes références numériques et leur

description détaillée est omise.

L'unité 30" de détection de pression diffère de celle

de la figure 5 en ce qu'une unité 60 de détection de cons-

tante diélectrique remplace l'unité 46 de détection de température. Cette unité 60 a un espace 59 créé par traitement d'un substrat 31 de silicium, par exemple par attaque dans un plasma, à la profondeur de la partie plate 33 du diaphragme 32. Une électrode 62 est placée sur le substrat isolant 35a en face du substrat 31 de silicium dans l'espace 59. Une ouverture 61 est formée dans le substrat a afin qu'elle conduise de l'espace 59 vers une zone extérieure. Une électrode de connexion formée dans l'ouverture 61 connecte l'électrode 62 à une électrode 63 formée à la surface externe du substrat 35a. Dans cette configuration, un condensateur C5 est formé entre le

substrat 31 de silicium et l'électrode 62.

Comme un fluide conducteur de pression est conduit vers l'espace 59, les substrats 35a et 35b et le substrat 31 de silicium ne se déforment pas même lorsque la pression

appliquée autour de l'espace 59 est modifiée. En consé-

quence, la capacité C5 du condensateur C5 dépend de la constante diélectrique du fluide conducteur de pression placé entre les électrodes. En conséquence, la constante diélectrique du fluide conducteur de pression qui varie avec un changement de température ou de pression peut être détectée par la capacité C5. Cette capacité C5 peut aussi varier avec une déformation due à une force élevée de compression ou à une dilatation ou une compression à la suite d'un changement de température. Cependant, cette déformation peut être ignorée car elle est bien inférieure

à l'influence du fluide conducteur de pression.

D'autre part, comme la capacité C3 ne dépend pas de la

température mais de la pression uniquement, les caracté-

ristiques qui dépendent de la température uniquement peuvent être obtenues par les opérations exécutées sur les deux capacités C3 et C5. Le mode de réalisation considéré ne détecte pas directement la température, comme le premier ou

le second, mais donne la température au cours d'une opéra-

tion réalisée à l'aide des capacités C3 et C5. La fonction indiquant la relation entre la capacité et la température dépend des caractéristiques d'un fluide conducteur de pression. En conséquence, la variation des capacités Cl et C2 avec la température, destinée à donner un signal de pression différentielle, est la même que la variation de la capacité C5 en fonction de la température. La constante diélectrique de l'huile de silicone utilisée comme fluide de conducteur de pression a des caractéristiques non linéaires telles que plus la température diminue et plus le rapport de changement devient élevé. D'autre part, dans le premier et le second mode de réalisation mettant en oeuvre un fluide diélectrique dans un condensateur, plus la température diminue et plus le changement de constante diélectrique devient faible. En conséquence, la précision de détection de

température est plus faible aux plus basses températures.

Cependant, dans le troisième mode de réalisation, la précision de détection de pression ne varie pas avec la température car un fluide conducteur de pression est utilisé

entre les condensateurs.

Les figures 10A et lOB sont une vue en plan et une vue en élévation latérale représentant un autre exemple d'unité

de détection de constante diélectrique.

L'unité 60' de détection de constante diélectrique est formée avec une partie irrégulière 64 en forme de peigne créée par exemple par attaque chimique, etc. à la surface externe du substrat isolant 35a. Les électrodes 65a et 65b sont incorporées sous forme d'un peigne à la partie irrégulière 64. Ces deux électrodes forment un condensateur C5'. L'espace compris entre les électrodes 65a et 65b est destiné à être très petit et une gorge (partie concave) qui

les sépare est remplie d'un fluide conducteur de pression.

En conséquence, la capacité du condensateur C5' est déter-

minée par la constante diélectrique du fluide conducteur de pression. Comme l'unité 60' peut être créée par simple traitement de la surface du substrat isolant 35a, elle peut

être facilement réalisée à un faible coût.

La figure 11 représente l'unité de détection de pression de l'appareil de détection de pression dans le quatrième mode de réalisation de la présente invention. Dans l'unité 30A de détection de pression, les unités qui sont aussi représentées sur la figure 5 portent les mêmes

références numériques et leur description détaillée est

omise. Dans l'unité 30A de détection de pression, une partie 66 en forme de diaphragme, telle que représentée sur la figure 11, est formée par exemple par attaque dans un plasma, etc. du substrat 31 de silicium, et est destinée à être utilisée comme unité 40' de détection de la pression absolue. Dans cet exemple, le substrat 31 de silicium est traité au cours d'étapes compliquées. Cependant, comme le diaphragme est formé de silicium mécaniquement robuste, il peut être facilement produit, en comparaison du diaphragme fabriqué à partir du substrat isolant 35a représenté sur les figures 5 et 9, et la fiabilité de résistance mécanique de

l'appareil est accrue.

L'unité de détection de température et une unité de détection de constante diélectrique représentée sur les figures 5 à 0lB peuvent aussi être utilisées dans l'unité

A de détection de pression.

La figure 12 représente l'unité de détection de pression de l'appareil dedétection de pression dans le cinquième mode de réalisation de la présente invention. Deux diaphragmes 103 et 106 sont formés dans une unité 101 de détection de pression sur un substrat 102 de silicium, par exemple par attaque dans un plasma des deux côtés du substrat 102 de silicium. Les diaphragmes 103 et 106 ont respectivement à leur centre des parties plates 104 et 107 qui sont un peu plus minces que le substrat 102 de silicium et possèdent des parties minces 105 et 108 formées circulairement à leur circonférence. Lorsque le diaphragme 103 est utilisé pour les faibles pressions et le diaphragme 106 pour les pressions élevées, la partie mince 105 est plus mince que la partie mince 108. Les parties minces sont destinées à avoir une épaisseur optimale qui dépend de la plage de pressions qui s'applique. Des substrats isolants 109a et 109b sont formés d'un matériau isolant ayant un coefficient de dilatation thermique égal à celui du substrat 102 de silicium, par exemple de verre "Pyrex", etc. Ils sont connectés aux deux côtés du substrat de silicium 102 par un procédé de liaison statique, etc., si bien que les parties liées sont intimement connectées. En conséquence, des espaces 11Oa et 11Ob et des espaces 114a et 114b sont formés

des deux côtés du diaphragme 103, 106 respectivement.

Des électrodes fixes 112a et 112b sont formées en face de la partie plate 104 du diaphragme 103 sur les substrats isolants 109a et 109b par application de deux couches de chrome et d'or par un procédé de pulvérisation, etc., comme indiqué sur la figure 12. De même, des électrodes fixes 116a et 116b sont formées en face de la partie plate 107 du diaphragme 106 sur les substrats isolants 109a et 109b. En conséquence, un condensateur est formé entre chaque électrode fixe et un diaphragme. Des condensateurs (et capacités) C10 et Cll existent entre le diaphragme 103 et les électrodes fixes 112a et 112b respectivement. Les condensateurs (et capacités) C30 et C40 sont formés entre le

diaphragme 106 et les électrodes fixes 116a et 116b respec-

tivement. Les condensateurs C10, C20, C30 et C40 jouent le

rôle de capteurs de pression L et H (voir figure 13).

Des ouvertures illa, lllb, 115a et 115b de guidage de pression relient les espaces 110a et 11Ob et les espaces 114a et 114b à des régions extérieures et conduisent les pressions externes Pi et P2 vers les diaphragmes. Les électrodes 113a, 113b, 117a et 117b sont placées aux surfaces internes des ouvertures 1lla, lllb, 115a et 115b de guidage de pression et au niveau des parties entourant ces ouvertures lla, llb, 115Sa et 115b des surfaces externes des

substrats isolants 109a et 109b, par le procédé de pulvé-

risation, etc. comme indiqué sur la figure 12. Ces électrodes sont connectées électriquement aux électrodes

fixes 112a, 112b, 116a et 116b respectivement.

Un espace 119 (espace de vide) est formé dans le substrat 102 de silicium à la même profondeur que les parties plates 104 et 107 du diaphragme, par attaque dans un plasma. Une électrode 120 est disposée comme l'indique la figure 12 sur le substrat isolant 109a en face de l'espace 119, et un condensateur C50 est formé entre l'électrode 120 et le substrat 102 de silicium. L'électrode 120 rejoint une électrode 122 placée à la surface externe du substrat isolant 109a par une électrode de connexion formée dans une ouverture 121 du substrat isolant 109a. Un substrat isolant 123 est placé sur l'électrode 122 afin que l'ouverture 121 et l'espace 119 puissent être totalement fermé de manière étanche. Le substrat isolant 123 est lié dans l'atmosphère de vide par un procédé de liaison par diffusion, etc., et maintient l'espace 119 sous vide. Le substrat isolant 123 peut être formé d'une substance autre qu'un matériau isolant. L'unité 40 de détection de pression absolue peut être réalisée avec la configuration entourant l'espace 119,

y compris le condensateur C50.

Une électrode 125 est placé à la surface externe du substrat isolant 109a. L'électrode 125 et le substrat 102 forment un condensateur C60 qui contient le substrat isolant 109a en position intermédiaire. Dans cette configuration, l'unité 46 de détection de température a un fonctionnement analogue à celui de l'unité correspondante représentée sur la figure 5. Une base 126 fixe l'unité 101 de détection de pression à l'intérieur du corps du détecteur 12 comme indiqué sur la figure 2. Une plaque isolante 127 fixe les électrodes 113b et 117b après leur isolement par rapport à la base 126, et forme un orifice 130 de pression destiné à transmettre la pression Pi aux ouvertures 111b et 115b de guidage de

pression par fixation intime des électrodes 113b et 117b.

Une ouverture 128 rejoignant le substrat de silicium 102 est formée sur le substrat isolant 109a. Une électrode 129 est formée à la surface interne de l'ouverture par le procédé de pulvérisation cathodique, etc., comme indiqué sur la figure 12. Le substrat 102 de silicium est mis à la masse GND par

l'intermédiaire de l'électrode 129.

On décrit dans la suite le fonctionnement de l'unité de détection de pression en référence à un exemple dans lequel Pi < P2, P1 et P2 étant les pressions appliquées à l'appareil.

Lorsque les pressions Pi et P2 (P2 > Pi) sont appli-

quées aux deux côtés de l'unité 101 de détection de pression, les diaphragmes 103 et 106 se déplacent sous l'action de la pression différentielle, dans le sens indiqué par la flèche. Les capacités C10 et C20 des condensateurs C10 et C20 (capteur L) et les capacités C30 et C40 des condensateurs C30 et C40 (capteur H) sont détectées par un circuit 132 de détection décrit dans la suite. Ensuite, les opérations sont exécutées par le circuit d'exploitation 133 d'après les équations suivantes (7) et (8) pour le calcul des déplacements des diaphragmes respectifs: (C10 C20)/{ (C10 + C20) - 2Csl} = A1/dl (7) A1 étant le déplacement du diaphragme 103, dl étant l'espace compris entre le diaphragme 103 et les électrodes fixes 112a et 112b, et Csl étant la capacité parasite créée entre les conducteurs des parties autres que les électrodes du capteur L, et (C30 - C40)/{(C30 + C40) - 2Cs2} = A2/d2 (8) A2 étant le déplacement du diaphragme 106, d2 l'espace compris entre le diaphragme 106 et les électrodes fixes 116a

et 116b, et Cs2 la capacité parasite créée entre les conduc-

teurs des parties autres que les électrodes du capteur H. La constante diélectrique de fluide conducteur de pression (par exemple une huile de silicone) qui remplit l'unité 101 de détection de pression et transmet des

pressions Pi et P2 varie avec la température et la pression.

Cependant, l'influence de la température et de la pression

peut être supprimée par exécution des opérations corres-

pondant aux équations précitées (7) et (8).

Lorsqu'une pression est appliquée, la partie formant l'espace 119 (espace de vide) des substrats isolants 109a et 109b est déformée par la pression P2, si bien que la capacité C50 du condensateur C50 varie. En conséquence, l'unité 40 de détection de pression absolue joue le rôle d'un capteur de pression absolue car un signal correspondant à la valeur absolue de la pression (P2) peut être obtenu à

partir du condensateur C30.

Lorsque l'appareil subit un changement de température, la dimension de l'espace 119 peut être modifiée par la dilatation thermique du substrat de silicium 102. Cependant, comme la sensibilité à la pression du condensateur C50 peut être rendue suffisamment élevée par réglage convenable des dimensions de l'espace 119 et de l'épaisseur du substrat isolant 109a, la pression absolue peut être détectée avec une précision élevée sans influence du changement de température. En outre, le changement de température de l'appareil modifie aussi la constante diélectrique du substrat 109. Le matériau du substrat isolant, par exemple un verre "Pyrex",

présente normalement une augmentation de constante diélec-

trique en proportion de l'augmentation de température.

Lorsque la constante diélectrique augmente, la capacité du condensateur C60 change. En conséquence, la mesure du

changement de capacité détermine la température de l'appa-

reil, et permet la correction de température de la pression.

On peut supposer que le substrat isolant 109a est comprimé et aminci par la pression. Cependant, ce phénomène a peu d'influence sur la capacité et on peut l'ignorer. La capacité C60 reçoit l'influence d'un changement de constante diélectrique de l'huile à cause de la présence des lignes de force électrique s'échappant dans le fluide conducteur de pression qui l'entoure. Ce phénomène est supprimé par

disposition de l'électrode 125 suffisamment loin de l'extré-

mité du substrat isolant 109a. Ainsi, l'influence du change-

ment de pression sur la capacité C60 peut être considérablement réduite et donne une mesure précise du

changement de température.

La figure 13 est un diagramme synoptique représentant la configuration de l'appareil de détection de pression qui correspond à l'unité 101 de détection de pression selon la

présente invention.

Un appareil 150 de détection de pression comporte un circuit 131 de commutation, un circuit 132 de détection et un circuit d'exploitation 133. Ce circuit 133 a une première unité d'exploitation 134 et une seconde unité d'exploitation 135. Les condensateurs C10 à C60 représentés sur la figure 13 correspondent aux condensateurs respectifs de l'unité 101 de détection de pression représentée sur la figure 12. Le circuit 132 de détection détecte les capacités des condensateurs C10 à C60. Le circuit 131 commute le signal des condensateurs C10 à C60 et le transmet au circuit de

détection 132.

La première unité d'exploitation 134 du circuit 133 détermine le déplacement indiqué par le diaphragme 103 d'après l'équation précitée (7) en fonction des capacités détectées des condensateurs C10 et C20, et transmet un signal correspondant de capteur L 141 à la seconde unité 135. La première unité 134 obtient aussi un déplacement indiqué par le diaphragme 106 en fonction de l'équation

précitée (8) suivant les capacités détectées des condensa-

teurs C30 et C40, et transmet un signal correspondant de capteur H 142 à la seconde unité 135. En outre, la première unité 134 transmet des signaux correspondants aux signaux de détection des condensateurs CSO et C60 comme signal 143 de capteur de pression absolue et un signal 144 de capteur de température à la seconde unité 135. Celle-ci détermine les valeurs de la pression et de correction en fonction de ces signaux. La figure 14 est un diagramme synoptique représentant

la configuration du circuit d'exploitation 133.

Comme l'indique la figure 14, la seconde unité 135 du circuit 133 comprend un unité 153 de formation de moyenne, une unité 154 génératrice d'un signal composite, une unité 155 de sélection de capteur et une unité 156 de correction d'exploitation de sortie. Le signal du capteur L 141 et le signal du capteur H 142 transmis par l'unité 134 parviennent à l'unité 153 de formation de moyenne, à l'unité 154 génératrice du signal composite, à l'unité 155 de sélection de capteur et à l'unité 156 de correction de l'opération de sortie, et le signal 143 du capteur de pression absolue et le signal 144 du capteur de température sont transmis à

l'unité 156.

Le capteur L travaille sur la plage des bases pressions alors que le capteur H travaille sur toute la plage de fonctionnement, de la plage des basses pressions à la plage des hautes pressions. Comme les capteurs L et H créent des signaux différents de sortie pour une même pression, le signal 141 du capteur L et le signal 142 du capteur H indiquent aussi des différences pour une même pression. La figure 15 indique la relation entre la pression P d'une part et les signaux 141 du capteur L et 142 du capteur H. L'unité 156 de correction transmet un signal indiquant le résultat de la détection de pression sous forme d'un signal de sortie 160. Lors de l'obtention du signal de sortie, l'une des unités 153 de formation de moyenne, 154 génératrice du signal composite et 155 de sélection de capteur est sélectionnée suivant le mode de mesure choisi parmi plusieurs modes de mesure pour l'obtention du signal de sortie à l'aide du signal de l'unité choisie, du signal 143 du capteur de pression absolue et du signal 144 du capteur de température. On décrit maintenant les opérations exécutées dans

l'unité 153 de formation de moyenne, l'unité 155 de sélec-

tion de capteur et l'unité 154 génératrice de signal

composite, sélectionnée pour chaque mode de mesure.

La figure 16 est un diagramme synoptique représentant

la configuration de l'unité 153 de formation de moyenne.

Comme l'indique la figure 16, cette unité 153 comprend une partie 171 de formation de moyenne, une unité 172 d'addition

et une unité 173 de sortie.

Lors de la détection de la pression dans une plage (plage intermédiaire R représentée sur la figure 15) dans laquelle les plages de mesure des capteurs L et H se

recouvrent, l'unité 153 de formation de moyenne est sélec-

tionnée d'après un signal de commande 30 provenant de l'unité 156 de correction lorsqu'une opération est réalisée d'après un signal obtenu par formation de la moyenne des signaux de sortie des capteurs. A ce moment, la partie 171 de formation de moyenne de l'unité 153 effectue une opération de réduction à la fois du signal 141 et du signal 142 d'un facteur deux. Ensuite, ces signaux sont ajoutés dans l'unité d'addition 172. En conséquence, un signal de formation de moyenne indiqué par la référence 174 sur la figure 17 est obtenu et il est transmis à l'unité 156 de correction par l'unité de sortie 173. Dans cet exemple, les opérations de formation de moyenne sont exécutées dans la plage intermédiaire R. Cependant, l'opération de formation de moyenne peut être réalisée dans une partie de la plage seulement. Ainsi, une opération de formation de la moyenne peut être sélectionnée d'après un signal de commande 151 provenant de l'unité 156 de correction. En conséquence, une mesure peut être réalisée de manière souple avec une

précision élevée.

La figure 18 est un diagramme synoptique représentant

la configuration de l'unité 155 de sélection de capteur.

Comme l'indique la figure 18, cette unité 155 comporte une unité 175 de comparaison et de détermination et une unité 176 de sortie d'un signal de commande. Lorsque le signal le plus approprié est sélectionné pour être utilisé dans les opérations parmi les signaux de sortie 141 et 142 des deux capteurs, l'unité 155 de sélection de capteur est sélectionnée d'après un signal de commande 158 provenant de l'unité de correction. A ce

moment, un signal 159 de sélection en mode à un bit déter-

mine quel signal de sortie de capteur doit être sélectionné.

L'unité 175 de comparaison et de détermination sélectionne un signal voulu de sortie de capteur d'après le signal 159 de sélection de mode. Le signal de sortie sélectionné est

transmis à l'unité 156 de correction comme signal de sélec-

tion 148 par l'unité 176 de sortie du signal de commande.

Ainsi, un signal convenable de sortie de capteur peut être sélectionné en fonction du signal de commande 158 et du signal de sélection 159 de l'unité de correction 156, et une

mesure peut être réalisée avec une précision élevée.

La figure 19 est un graphique représentant le signal transmis par une unité 155 de sélection de capteur, et indique que le signal de sortie du capteur L est sélectionné

dans la plage de mesure Ri.

La figure 20 est un diagramme synoptique représentant la configuration de l'unité 154 génératrice du signal

composite. Comme l'indique la figure 20, l'unité 154 com-

porte une unité 178 de combinaison de signaux et une unité

179 de sortie.

Lorsqu'un signal de commande 157 est transmis par

l'unité 156 de correction à l'unité génératrice 154, celle-

ci combine, dans l'unité de combinaison 178, un signal de sortie de capteur avec les signaux de sortie des capteurs L et H combinés au préalable sous forme d'un signal composite et conservés dans une mémoire, etc. Le signal composite est alors transmis par l'unité 179 de sortie. Comme le signal de sortie de capteur peut être traité après avoir été spécifié d'après le signal de commande 157 provenant de l'unité de correction 156, une mesure de haute précision peut être

exécutée d'une manière souple.

La figure 21 est un graphique représentant les caracté- ristiques du signal de sortie de l'unité génératrice 154. La référence 14 de la figure 21 désigne un signal composite

créé par un procédé comprenant par exemple l'addition vecto-

rielle, la pondération ou l'addition arithmétique d'après les signaux des capteurs L et H obtenus dans des conditions idéales. Le signal composite 14 est conservé dans une mémoire ou analogue au préalable. Les traits interrompus indiqués par les références 1 et 2 correspondent aux signaux réellement obtenus avec l'appareil de détection de pression

selon l'invention dans un essai réel de mesure.

Comme l'indique ce graphique, l'unité génératrice 154 du signal composite crée le signal composite, par exemple

par addition vectorielle, pondération ou addition arithmé-

tique à l'aide du signal du capteur L (capteur 1) et du signal 14 dans la plage de mesure R1, et transmet le signal composite comme résultat de la mesure. Dans la plage de mesure R2, l'unité génératrice 154 crée le signal composite par le même procédé à l'aide du signal du capteur H (capteur 2) et du signal 14, et transmet le signal comme résultat de

la mesure.

Lorsqu'un seul capteur est présent (par exemple lors de l'utilisation de l'appareil représenté sur les figures 5 à 11), un signal composite formé par le signal de sortie du capteur et le signal 14 est transmis comme résultat de la

mesure dans toute la plage de mesure.

On décrit maintenant une correction initiale et des corrections extérieures sur les opérations effectuées sur un signal de détection. Ces opérations sont exécutées par l'unité 156 de correction d'opération de sortie de la seconde unité d'exploitation. Les références utilisées dans les équations sont définies de la manière suivante: T1, T2: valeurs correspondant à Cl et C2 A: coefficient de correction initiale B: coefficient de correction initiale PN: valeur de sortie de pression après correction initiale PF: rapport (%) de la valeur de sortie de pression après correction initiale PNZ: valeur de PF lorsque la pression P est nulle (O %) PNS: valeur de PF lorsque la pression P correspond à la plage (100 %) F: valeur de sortie de la pression PN après réglage d'une correction de plage externe RNZ: coefficient de réglage de zéro lorsque la plaque est établie RNS: coefficient de réglage de plage lorsqu'une plage est établie KZ: coefficient d'ajustement de zéro avec correction externe KS: coefficient d'ajustement de plage avec correction externe. PN, PF et F sont présentés de la manière suivante:

PN = (T1 - T2 - 2A)/(T1 - T2 - B) (9)

PF = 100.(PN - PNZ)/PNS (10)

F = 100.{PF - (RNZ + KZ)}/RNZ.(1 + KS) (11)

Les figures 22A et 22B représentent la relation entre PN et PF d'une part et la pression P. Les figures 23A et 23B représentent la relation entre F et la pression P. Lorsque la correction initiale est effectuée, les coefficients A et B de correction initiale sont optimisés par l'équation précitée (9) de manière que le signal de sortie PN corresponde à la valeur prédéterminée dans les conditions spécifiées de température, etc. En conséquence, comme l'indique la figure 22A, le signal de sortie avant correction (indiqué en trait interrompu) est corrigé de façon convenable, comme indiqué par le trait plein. La plupart du temps, il faut optimiser les coefficients A et B de correction initiale pour chaque capteur. Lorsque les caractéristiques de chaque capteur sont presque les mêmes, le coefficient de correction initiale est optimisé pour un seul capteur, et la valeur optimisée est utilisée pour les coefficients de correction initiale des autres capteurs. Lorsqu'une plage est établie, le coefficient de réglage de zéro RNZ et le coefficient de réglage de plage RNS sont réglés à une pression éventuelle d'après les équations précitées (10) et (11) (voir figure 22B). Lorsqu'un réglage de plage est sélectionné pour un capteur spécifique, une correction de linéarité peut être apportée dans une plage de pression pour d'autres capteurs, en plus du capteur

spécifique, dans la plage de pression Pi.

Lorsqu'un ajustement externe est effectué, un ajustement de zéro et un ajustement de plage sont réalisés

d'après l'équation précitée (11) par ajustement du coeffi-

cient KZ d'ajustement de zéro et du coefficient KS d'ajustement de plage lorsque le zéro ou la plage (pression %) est réglé. La figure 23A représente l'ajustement de zéro. La figure 23B représente l'ajustement de plage. Dans la plupart des cas, il faut effectuer l'ajustement de zéro et l'ajustement de plage pour chaque capteur. Lorsque les caractéristiques de chaque capteur sont presque les mêmes, la correction doit être réalisée pour un seul capteur et

peut être appliquée aux autres capteurs.

La figure 24 est un diagramme synoptique représentant la configuration de l'unité 156 de correction d'opération de sortie. Comme l'indique la figure 24, l'unité 156 comprend une unité 191 d'opération de sortie, une unité 192 de mémorisation de données de correction, une unité 193 de détermination d'anomalies et de défauts, et une unité

opérationnelle 194.

L'unité 191 d'opération de sortie est formée par des unités à microprocesseur (MPU), etc., et crée des signaux de sortie destinés à l'unité 153 de formation de moyenne, à l'unité 155 de sélection de capteur et à l'unité 154 génératrice du signal composite, et exécute une opération sur un signal de sortie d'après les signaux de sortie 142 et 143 des capteurs L et H et les signaux 146, 148 et 147 reçus des unités 153, 155 et 154. A ce moment, une opération de correction est réalisée avec les coefficients A et B de correction initiale écrits dans l'unité de mémoire 192 qui est une mémoire morte ROM, etc., le signal de sortie 143 du capteur 40 de pression absolue et le signal de sortie 144 du capteur 46 de température. Un réglage de plage et un ajustement externe sont effectués par changement à l'extérieur du coefficient de réglage de zéro RNZ et du coefficient de réglage de plage RNS destinés à être utilisés pour le réglage de la plage, et du coefficient d'ajustement de zéro KZ et du coefficient d'ajustement de plage KS destinés à être utilisés pour un ajustement externe par l'intermédiaire de l'unité opérationnelle 194. En outre, l'unité 193 contrôle les opérations précitées et le signal de sortie de chaque capteur et de chaque unité. Lorsque l'unité 193 détermine qu'un signal de sortie de capteur est anormal par comparaison à un autre signal de sortie de capteur, elle crée un signal d'alarme, transmet un signal d'adresse correspondant au capteur anormal à l'unité 191 d'opération de sortie et arrête la transmission du signal de

sortie du capteur.

La figure 25 représente l'unité de détection de pression de l'appareil de détection de pression dans le sixième mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 25, les unités qui apparaissent aussi dans le cinquième mode de réalisation de la figure 12 portent les

mêmes références numériques et leur description détaillée

est omise.

L'unité 201 de détection de pression du sixième mode de réalisation de l'invention diffère de l'unité 101 de détection de pression du cinquième mode de réalisation en ce que l'unité 201 comprend une unité 210 de détection d'une capacité de référence. Cette unité 210 comprend un espace 211 formé dans le substrat 102 de silicium et une électrode 212 formée sous le substrat isolant 109a à la partie supérieure de l'espace 211. L'espace 211 est formé par attaque dans un plasma du substrat de silicium à la profondeur des diaphragmes 104 et 107. Un condensateur C70 (sa capacité est aussi représentée par la référence C70) est formé entre l'électrode 212 et le substrat 102 de silicium. Une électrode 214 est formée à la face supérieure du substrat isolant 109a et est connectée à l'électrode 212 par une électrode de connexion formée dans l'ouverture 213

réalisée dans le substrat isolant 0l9a.

L'espace 211 est rempli du fluide conducteur de pression qui entoure les condensateurs C10 à C40 et transmet les pressions Pi et P2. En conséquence, seul un changement de constante diélectrique du fluide conducteur de pression qui varie avec la température ou la pression est détecté par le changement de capacité du condensateur C70. La capacité parasite des condensateurs C10o à C40 est aussi affectée par la variation de la constante diélectrique du fluide conducteur de pression qui varie avec la température et la pression. En conséquence, une pure capacité parasite, sans influence du changement de constante diélectrique, peut être obtenue par réalisation d'une correction avec le résultat de la détection de capacité du condensateur C70. Ainsi, l'unité 210 de détection de capacité de référence joue le rôle d'un

condensateur de correction de capacité parasite.

Le procédé de mesure du changement indiqué par un diaphragme et le procédé de calcul de la pression à l'aide de l'unité 201 de détection de pression, dans le sixième mode de réalisation, sont les mêmes que dans le cinquième

mode de réalisation.

La figure 26 est un diagramme synoptique représentant la configuration de l'appareil de détection de pression correspondant à l'unité 201 de détection de pression dans le

sixième mode de réalisation.

L'appareil de détection de pression comprend l'unité 201 de détection de pression, une unité 202 de sélection, un circuit 203 de conversion capacité-fréquence, un compteur

204, et un circuit 205 d'opération à microprocesseur.

La figure 27 est un diagramme synoptique d'un système de transmission de signaux de l'appareil de détection de pression.

Comme l'indique la figure 27, les signaux des conden-

sateurs C10 à C70 de l'unité 101 sont commutés entre des états connecté et déconnecté par des commutateurs SW11 à SW17 de l'unité 202 de sélection. Chacun des commutateurs

SW11 à SW17 comporte par exemple un transistor de type CMOS.

Le circuit SW1 de commande de commutateur commande l'ouver-

ture et la fermeture des commutateurs SW11 à SW17. Un signal nécessaire est sélectionné par cette commande parmi les signaux des condensateurs C10 à C70 et est transmis au circuit 203 de conversion capacité- fréquence. Ce circuit 203 charge et décharge les condensateurs C10 à C70 et comporte une résistance R et une porte à bascule de Schmidt Gi. Cette porte G1 a deux seuils et inverse un signal de sortie lorsque la tension de charge ou de décharge dépasse des niveaux de seuil, avec création de cette manière d'un signal pulsé à une fréquence qui correspond à la capacité de chaque condensateur. Le circuit de comptage 204 compte les signaux pulsés à l'aide d'un signal d'horloge de référence. Le circuit 205 lit le résultat du calcul et effectue une

opération prédéterminée. Ensuite, l'opération de mesure de la capacité des condensateurs C10 et C70

est décrite en référence à la figure 28. Les courbes (a) à (f) de la figure 28 représentent les formes d'onde de signaux aux emplacements indiqués par les références (a) à (f) sur la figure 27 respectivement. Dans un état initial, le circuit 205 ne transmet pas de signal P0 de sélection de mode (voir (a) sur la figure 28), et le circuit du compteur 204 est à l'état remis à zéro sous la commande du signal de remise à zéro RST (voir (b) de la figure 28). Lorsque le circuit 205 transmet un signal de sélection de mode P0 indiqué par la courbe (a) de la figure 28, le circuit SW1 de commande de commutateur met le commutateur SW11 à l'état conducteur et sélectionne le condensateur ClO, et un circuit oscillant est formé par la résistance R, le condensateur C10 et la porte Gi. Lorsque le signal d'entrée de la porte G1 indique un faible niveau (L), le signal de sortie de la porte G1 indique un niveau élevé (H) (VON), si bien que le condensateur C10 est chargé à travers la résistance R. Lorsque la tension de charge du condensateur C10 atteint la tension supérieure (CTU) des deux seuils (ou la dépasse), le signal de sortie de la porte G1 est inversé au faible niveau L (VOL), si bien que la charge accumulée par le condensateur C10 est déterminée à travers la résistance R. Lorsque la tension d'entrée de la porte Gi tombe à la valeur inférieure (tension VTL) et de seuil, le signal de sortie de la porte G1 indique le niveau élevé H et charge à nouveau le condensateur C10 à travers la résistance R. La répétition des opérations de charge et de décharge permet à la porte Gi de transmettre des signaux pulsés à une fréquence proportionnelle à la capacité du condensateur C10

(voir courbe (d) de la figure 28).

Les nombres d'impulsions des signaux pulsés de sortie sont comptés par le circuit de comptage 204. Lorsque la valeur comptée atteint un nombre prédéterminé, le circuit 204 cesse le comptage comme indiqué par la courbe (f) et transmet une impulsion (signal de comptage IRQ) indiquée par la courbe (e) de la figure 28. Le circuit 205 reçoit le

signal IRQ comme signal d'interruption du circuit de comp-

tage 204 et lit la valeur comptée n comme signal de sortie

P1 au temps de charge ou de décharge Tl.

Le temps de charge du condensateur C10 (sa capacité est aussi représentée par C10), le temps tl, est calculé de la manière suivante: VTU- VTL = (VOH - VTL) (1 - e-tl/R.ClO) (12) tl = R.C10.Log{ (VOH - VTL)/(VTU - VTL)} (13)

Log indiquant le logarithme naturel.

Le temps de décharge tl' est calculé de manière analogue sous la forme: VTU- VTL = (VOL - VTU)(1 - e-tl/RClO0) (14) tl' = R. ClO.Log{ (VOL VTU)/(VoL - VTL)} (15) Comme le temps des opérations de charge est égal à n - 1 pour n charges comme indiqué par la courbe (d) de la figure 28, le temps Ti de charge est calculé sous la forme: Tl = n.tl + (n - 1).tl' (16) Le temps de charge est compté plusieurs fois car la précision de mesure du compteur de mesure de temps doit être accru. Le temps de charge (nombre d'impulsions) n peut être réglé à une valeur convenable d'après la fréquence d'horloge de référence, la valeur de la résistance R et la capacité, etc. d'un condensateur. Dans le mode de réalisation

considéré, on utilise n = 960.

Ensuite, d'après les équations précédentes (13) et (15), le circuit 205 met le commutateur SW1 à l'état non conducteur et met le commutateur SW12 à l'état conducteur par commande du circuit SW1 après calcul du temps de charge tl d'après le nombre compté d'impulsions n et le temps de charge Tl du condensateur C10. De même, le temps de charge et de décharge T2 du condensateur C20 et les signaux pulsés sont comptés par calcul du temps de charge t2. Cette opération est analogue à celle qu'on vient de décrire. La partie droite de la figure 28 indiqué un diagramme des temps pour cette opération. De même, le temps de charge est

calculé pour les condensateurs C30 à C70.

D'après les temps de charge ainsi obtenus, le circuit

205 effectue le traitement suivant.

Le changement indiqué par le diaphragme est obtenu à partir d'un capteur L de la plage des basses pressions, comprenant les condensateurs C10 et C20: (tl - t2)/(tl + t2 - t7)

= (C10 - C20)/(C10 + C20 - C70) (17)

Dans ce cas, une capacité mesurée contient la capacité parasite créée entre les conducteurs autres que les électrodes dans l'unité 201 de détection de pression. En conséquence, avec une capacité parasite Csl, l'équation précitée (17) est représentée sous la forme: (C10 + Csl - C20 Csl)/(C10 + Csl + C20 + Csl - C70) = (C10 - C20)/(CO10 + C20 + 2Csl - C70) (18) Avec 2Csl = C70 (Cref), l'influence de la capacité parasite

est compensée. Ainsi, un changement indiqué par le dia-

phragme peut être obtenu avec compensation de l'influence de

la capacité parasite par exécution d'une opération corres-

pondant aux équations précitées à l'aide du circuit 205 d'exploitation. Dans le cas du capteur H de la plage des pressions élevées comprenant les condensateurs C30 et C40, une opération est réalisée d'après les équations suivantes (20) et (21) qui correspondent aux équations précitées (18) et (19): (t3 - t4)/(t3 + t4 - t7)

= (C30 - C40)/(C30 + C40 - C70) (19)

(C30 + Cs2 - C40 - Cs2)/(C30 + Cs2 + C40 + Cs2 - C70) = (C30 - C40)/(C30 + C40 + 2Cs2 - C70) (20) Cs2 indiquant la capacité parasite relative au capteur H de

la plage des pressions élevées.

Lorsque les corrections de température et de pression sont réalisées, le circuit 205 sélectionne le condensateur C50 ou C60, mesure le temps de charge T4 et T5 proportionnel à chaque capacité par un procédé analogue à celui qu'on a

décrit, et effectue une opération de correction prédéter-

minée d'après le résultat de la mesure.

Des exemples de configurations de l'appareil de détection de pression correspondant à l'appareil du sixième mode de réalisation représenté sur la figure 25 sont décrits

dans la suite. Dans la description, les éléments apparais-

sant aussi sur la figure 27 portent les mêmes références

numériques, et leur description détaillée est donc omise.

La figure 29 est un diagramme synoptique représentant la seconde configuration de l'appareil de détection de

pression correspondant au sixième mode de réalisation.

Le circuit 203 de conversion capacité-fréquence trans-

forme la porte à bascule de Schmidt G1 représentée sur la figure 27 par une porte formant inverseur en une porte NON-ET G2. Une borne d'entrée de la porte NON-ET G2 est une borne 241 de commande. Lorsqu'un signal d'entrée du circuit 205 transmis à la borne 241 indique un faible niveau, la porte NON-ET G2 n'effectue aucune opération de charge ou de décharge. Les opérations de charge ou de décharge ne sont réalisées que lorsqu'un niveau élevé et indiqué. Dans cet exemple, un temps prédéterminé de non fonctionnement peut être établi pour la porte G2 par commande d'un signal d'entrée de la borne 241 par l'intermédiaire du circuit 205, si bien que la consommation d'énergie de l'appareil est réduite. Les références (1) et (2) de la figure 29 indiquent un exemple de forme d'onde transmise par la porte G2 et un

exemple de forme d'onde transmise à la borne 241 respec-

tivement. La figure 30 est un diagramme synoptique d'un troisième exemple de configuration de l'appareil de détection de

pression dans le sixième mode de réalisation.

Dans cet exemple, la porte G1 à bascule de Schmidt de la figure 27 est remplacée par deux inverseurs 231 et 232 et deux résistances Rs et Rf. On suppose que le seuil de tension de l'inverseur est égal à VTH, la tension (tension d'alimentation) appliquée au circuit est VDD, le plus grand des deux seuils de tension est VTU, et le plus faible des deux seuils de tension est VTL. Ces valeurs apparaissent dans les équations suivantes (21 à (23): VTL = (Rs + Rf) /Rf.{VTH - Rs.VDD/ (Rs - Rf)} (21) VHT = (Rs + Rf).VTH/Rf (22) VTU - VTL = Rs.VDD/Rf (23) En conséquence, la différence entre les deux seuils de tension peut être fixée arbitrairement par sélection des valeurs des résistances Rs et Rf d'après l'équation

précitée (23).

L'appareil de détection de pression selon l'invention détecte une pression sous forme d'un changement de capacité, transforme un signal de détection en un signal électrique ou un signal optique, puis transmet le résultat à une unité réceptrice distante, etc., si bien que la consommation d'énergie électrique de l'appareil est réduite. Dans ce cas, un courant très intense circule dans l'opération de

commutation lorsque la porte, etc. est un dispositif CMOS.

Pour que la valeur efficace de la consommation d'énergie soit plus faible, la fréquence d'oscillation doit être réduite dans l'opération de charge ou de décharge. En conséquence, lorsque la largeur du seuil de tension a une grande valeur avec la configuration représentée sur la figure 30, la fréquence d'oscillation peut être réduite si bien que la consommation d'énergie de l'appareil est réduite. La figure 31 est un diagramme synoptique du quatrième exemple de configuration de l'appareil de détection de

pression dans le sixième mode de réalisation.

Dans cet exemple, deux commutateurs CC1 et CC2 comprenant chacun des transistors CMOS, etc., sont utilisés comme indiqué sur la figure 31. Ces commutateurs sont commutés en fonction du signal de sortie de la porte G1 afin que la transmission de la tension de la source de courant constant VDD soit réglée pour l'exécution de la charge ou de la décharge du condensateur. Les formes d'onde (1) et (2) de la figure 31 représentent respectivement une forme d'onde de sortie et une forme d'onde d'entrée de la porte G1, et les formes d'onde (3) et (4) respectivement représentent des signaux de déclenchement des transistors CC1 et CC2. Dans cette configuration, la pente de la tension au voisinage du seuil de tension devient grande par rapport au cas dans lequel la tension de charge et de décharge est modifiée par

une résistance et une capacité, indiquant une forme expo-

nentielle. En conséquence, l'appareil est peu affecté par le bruit, etc. Avec un transistor CMOS, un autre avantage est dû au fait que la dérive due à la température peut être réglée à une valeur nulle à cause de l'utilisation de la

tension de la source.

La figure 32 est un diagramme synoptique représentant un cinquième exemple de configuration dans le sixième mode de réalisation. Les formes d'onde (1), (2) et (3) de la figure 32 représentent respectivement une forme d'onde de sortie et une forme d'onde d'entrée de la porte G1 et la forme d'onde de tension de charge et de décharge des condensateurs. Dans cet exemple, un circuit d'oscillation comporte trois inverseurs G710, G720 et G730, une résistance R de charge et de décharge, et les condensateurs C10 à C70 destinés à effectuer une opération de charge ou de décharge à l'aide d'un seuil de tension. Une résistance protectrice R7 maintient la tension de charge et de décharge représentée par la référence (3) de la figure 32 afin qu'elle ne dépasse pas la plage de tension de la source Vss à VDD. Ainsi, comme la porte ou l'inverseur G730 indique un niveau élevé (H) lorsque son signal d'entrée indique un faible niveau (L), le condensateur est chargé à travers la résistance R. Lorsque la tension de charge dépasse le seuil VTH, le signal de sortie de la porte G730 est inversé au niveau L et la charge électrique du condensateur est déchargée à travers la résistance R. Lorsque la tension de décharge dans la porte G730 devient inférieure à la valeur de seuil VTH, le signal de sortie de la porte G730 indique un niveau H, provoquant la charge à nouveau du condensateur à travers la résistance R. Comme l'indique la forme d'onde de tension de charge et de décharge (3) de la figure 32, la variation de tension de charge et de décharge peut être plus grande que celle qui est obtenue avec une bascule de Schmidt (voir le graphique entre parenthèses pour la courbe (3) de la figure 32). En conséquence, la fréquence d'oscillation peut être réduite comme décrit précédemment et la consommation d'énergie peut

être réduite d'une manière satisfaisante.

La figure 33 est un diagramme synoptique du sixième exemple de configuration de l'appareil de détection de pression du sixième mode de réalisation. Cet exemple est une

variante de l'appareil de la figure 32. La porte ou inver-

seur G710 est transformé en une porte NON-ET G810 et une borne d'entrée 410 est réalisée comme indiqué sur la figure 33. Les formes d'onde (1), (2), (3) et (4) de la figure 33 représentent respectivement une forme d'onde d'entrée et une forme d'onde de sortie de la porte G730, la forme d'onde de tension de charge et de décharge des condensateurs, et l'un

des deux signaux d'entrée de la porte NON-ET G810.

La figure 34 est un diagramme synoptique du septième

exemple de configuration de l'appareil de détection de pres-

sion du sixième mode de réalisation. Cet exemple est aussi une variante de l'appareil de la figure 32, et remplace la résistance R7 de charge et de décharge avec les deux commutateurs CC1 et CC2. Les commutateurs CC1 et CC2 sont commutés d'après le signal de sortie de la porte G730, et la tension provenant de la source de courant constant VDD est réglée, si bien que le condensateur subit une charge et une décharge. Les formes d'onde (1), (2), (3), (4) et (5) de la figure 33 représentent respectivement la forme d'onde de tension de charge et de décharge des condensateurs, une forme d'onde d'entrée et une forme d'onde de sortie de la porte G730, et les signaux de déclenchement des transistors

CC1 et CC2.

L'appareil de détection de pression comprenant deux capteurs de pression est décrit dans le sixième mode de réalisation. Cependant, un seul capteur de pression peut être utilisé ou au contraire trois capteurs ou plus peuvent être utilisés. Dans ce mode de réalisation, un condensateur de référence ayant une capacité non variable est incorporé aux deux capteurs de pression. Le capteur de référence peut aussi être utilisé dans un appareil ayant un seul capteur de

pression ou trois capteurs de pression ou plus.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (33)

REVENDICATIONS

1. Appareil de détection de pression de type capacitif, destiné à détecter une pression appliquée à un diaphragme en fonction d'une capacité qui varie avec un changement d'une partie du diaphragme, caractérisé en ce qu'il comprend: un diaphragme (32) dont la position varie avec une pression différentielle existant entre une première et une seconde pression, une première électrode (38a) placée en face d'un premier plan du diaphragme et formant un premier condensateur (Ci) avec le diaphragme, une seconde électrode (38b) placée en face d'un second plan du diaphragme et formant un second condensateur (C2) avec le diaphragme, un troisième condensateur (C3) modifiant une capacité en fonction de la première pression, un dispositif (52) de détection de la capacité des condensateurs, du premier au troisième, et un dispositif (54) de traitement destiné à obtenir la pression appliquée au diaphragme d'après la capacité du premier et du second condensateur et à corriger la pression

obtenue d'après la capacité du troisième condensateur.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (53) de commutation des connexions entre les condensateurs, du premier au troisième, et le dispositif de détection, et de transmission sélective de l'un des signaux de sortie des condensateurs,

du premier au troisième, au dispositif de détection.

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième condensateur (C3) comporte une troisième électrode formée sur un substrat isolant et un substrat conducteur, et un vide est maintenu pratiquement entre la

troisième électrode et un substrat conducteur.

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un quatrième condensateur (C4) qui modifie une capacité d'après la température ambiante du diaphragme, et le dispositif de traitement effectue une correction en fonction de la température sur la pression obtenue d'après

la capacité du quatrième condensateur.

5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (53) de commutation de connexions entre les condensateurs, du premier au qua- trième, et le dispositif de détection, et de transmission sélective de l'un des signaux de sortie des condensateurs,

du premier au quatrième, au dispositif de détection.

6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le quatrième condensateur (C4) possède un substrat conducteur et la troisième électrode ayant un substrat

isolant entre eux.

7. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en

ce que le quatrième condensateur (C4) comprend deux élec-

trodes ayant un substrat diélectrique entre elles.

8. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en

ce que le quatrième condensateur (C4) comprend deux élec-

trodes (58a, 58b) en forme de peigne qui s'imbriquent dans

un plan d'un substrat.

9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comprend un quatrième condensateur (C4) entourant un fluide conducteur de pression destiné à transmettre la première pression au diaphragme, et le dispositif (54) de

traitement effectue une correction qui dépend d'une varia-

tion de la constante diélectrique du fluide conducteur de pression pour la pression obtenue, d'après la capacité du

quatrième condensateur.

10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (53) de commutation des connexions entre les condensateurs, du premier au quatrième, et le dispositif de détection, et de transmission sélective de l'un des signaux de sortie des condensateurs,

du premier au quatrième, au dispositif de détection.

11. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le quatrième condensateur (C4) comprend une troisième électrode formée sur un substrat isolant et un substrat conducteur, et le fluide conducteur de pression est chargé

entre la troisième électrode et le substrat conducteur.

12. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en

ce que le quatrième condensateur (C4) comporte deux élec-

trodes en forme de peigne imbriquées l'une dans l'autre sur un plan d'un substrat isolant, et le fluide conducteur de

pression est chargé entre elles.

13. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième condensateur (C3) comporte une troisième électrode formée sur un substrat isolant et un substrat conducteur, et un vide est pratiquement maintenu entre la troisième électrode et le substrat conducteur, et une partie

du substrat conducteur correspondant au troisième condensa-

teur est réalisée avec une épaisseur prédéterminée par une opération d'attaque dans un plasma des deux côtés du

substrat conducteur.

14. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un second diaphragme (106) qui change de position avec une pression différentielle entre la première et la seconde pression, une troisième électrode placée en face d'un premier plan du second diaphragme et formant un quatrième condensateur avec le second diaphragme, et une quatrième électrode placée en face d'un second plan du second diaphragme et formant un cinquième condensateur avec

le second diaphragme.

15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en

ce qu'il comporte en outre un dispositif (131) de commuta-

tion des connexions entre les condensateurs, du premier au cinquième, et le dispositif de détection, et de transmission sélective de l'un des signaux de sortie des condensateurs,

du premier au cinquième, au dispositif de détection.

16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un sixième condensateur (C60) qui modifie une capacité d'après la température ambiante du diaphragme, et le dispositif de traitement effectue une correction de la pression obtenue en fonction de la

température, d'après la capacité du sixième condensateur.

17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif (131) de commutation commute les connexions entre les condensateurs, du premier au sixième, et le dispositif de détection, et transmet sélectivement l'un des signaux de sortie des condensateurs, du premier au

sixième, au dispositif de détection.

18. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que le sixième condensateur (C60) comporte un substrat conducteur et la cinquième électrode ayant un substrat

isolant entre eux.

19. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le diaphragme (103) est plus mince que le second

diaphragme (106).

20. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif (133) de traitement comprend un dispositif (153) de formation de la moyenne d'une valeur de la pression calculée d'après les capacités du premier et du second condensateur et d'une valeur de la pression calculée d'après les capacités du troisième et du quatrième condensateur, puis transmet un résultat correspondant à la moyenne.

21. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif (133) de traitement comporte un dispositif (155) de sélection de capteur qui sélectionne une valeur de la pression calculée d'après les capacités du premier et du second condensateur ou une valeur de la pression calculée d'après les capacités du troisième et du

quatrième condensateur, et transmet la valeur choisie.

22. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif (133) de traitement comprend un dispositif (154) générateur d'un signal composite destiné à combiner de manière prédéterminée une valeur de la pression calculée d'après les capacités du premier et du second condensateur à une valeur de la pression calculée d'après les capacités du troisième et du quatrième condensateur, et

transmet un résultat de la combinaison.

23. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif de traitement comprend: un dispositif destiné à former la moyenne d'une valeur de la pression calculée d'après les capacités du premier et du second condensateur et d'une valeur de la pression calculée d'après les capacités du troisième et du quatrième condensateur, puis à transmettre un résultat de formation de la moyenne, un dispositif (155) de sélection de capteur destiné à sélectionner l'une des valeurs de pression calculée d'après les capacités du premier et du second condensateur et d'après les capacités du troisième et du quatrième condensateur, puis à transmettre une valeur choisie, un dispositif (154) générateur d'un signal composite destiné à combiner, de manière prédéterminée, une valeur de la pression calculée d'après les capacités du premier et du second condensateur à une valeur de la pression calculée

d'après les capacités du troisième et du quatrième conden-

sateur, puis à transmettre le résultat de la combinaison, et

une unité (156) de correction de l'opération de trans-

mission d'un signal de sortie destinée à l'obtention d'un signal de sortie par commande sélective d'un dispositif

parmi le dispositif de formation de moyenne, l'unité généra-

trice d'un signal composite et le dispositif de sélection de

capteur.

24. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un septième condensateur (C70) entourant un fluide conducteur de pression destiné à transmettre la première pression au diaphragme et au second diaphragme, et le dispositif de traitement effectue une correction qui dépend d'un changement de la constante diélectrique du fluide conducteur de pression sur la

pression obtenue, d'après la capacité du septième conden-

sateur.

25. Appareil selon la revendication 24, caractérisé en ce que le dispositif (131) de commutation commute les connexions entre les condensateurs, du premier au septième, et le dispositif de détection, et transmet sélectivement l'un des signaux de sortie des condensateurs, du premier au

septième, au dispositif de détection.

26. Appareil selon la revendication 24, caractérisé en ce que le dispositif de détection comprend: un dispositif (203) de conversion de capacité des condensateurs, du premier au septième, en un signal pulsé, un circuit (204) de comptage destiné à détecter le nombre d'impulsions du signal pulsé et le temps de création du signal pulsé, et un circuit (205) de traitement destiné à déterminer la

capacité des condensateurs, du premier au septième.

27. Appareil selon la revendication 26, caractérisé en

ce que le dispositif (203) de conversion de capacité com-

prend une porte (G1) à bascule de Schmidt destinée à créer

une impulsion avant que la tension de décharge des conden-

sateurs, du premier au septième, n'atteigne un second seuil

après avoir dépassé un premier seuil.

28. Appareil selon la revendication 26, caractérisé en ce que le dispositif (203) de conversion de capacité comporte une porte NON-ET (G2) destinée à créer une

impulsion avant qu'une tension de décharge des condensa-

teurs, du premier au septième, n'atteigne un second seuil après avoir atteint un premier seuil lorsqu'une tension de

porte indique un niveau élevé.

29. Appareil selon la revendication 26, caractérisé en ce que le dispositif (203) de conversion de capacité comporte un circuit qui comporte deux résistances et deux inverseurs et destiné à créer une impulsion avant qu'une tension de décharge des condensateurs, du premier au septième, n'atteigne un second seuil après avoir dépassé le premier.

30. Appareil selon la revendication 26, caractérisé en ce que le dispositif (203) de conversion de capacité comporte un circuit, comprenant deux commutateurs connectés à une source de courant constant et une porte, destiné à créer une impulsion avant qu'une tension de décharge des condensateurs, du premier au septième, n'atteigne un second

seuil après avoir dépassé un premier seuil.

31. Appareil selon la revendication 26, caractérisé en ce que le dispositif (203) de conversion de capacité comporte un circuit comprenant une première résistance et une seconde résistance et trois inverseurs connectés en

parallèle par rapport à la première résistance.

32. Appareil selon la revendication 26, caractérisé en ce que le dispositif (203) de conversion de capacité comporte un circuit qui comprend une première résistance et une seconde résistance, une porte NON-ET, et deux inverseurs

connectés en parallèle avec la première résistance.

33. Appareil selon la revendication 26, caractérisé en ce que le dispositif (203) de conversion de capacité comporte un circuit en série qui comprend deux commutateurs connectés à une source de courant constant, une résistance

et trois inverseurs.