JP2004506890A - 改良された、容量に基づく圧力センサの設計 - Google Patents
改良された、容量に基づく圧力センサの設計 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】
【解決手段】圧力変換装置は、第１の主部と、第２の主部と、これら主部間に設けられ、前記第１の主部と共に第１のチャンバを形成し、前記第２の主部と共に第２のチャンバを形成するダイアフラムと、この第１のチャンバ内に配置されている電極とを有する。前記ダイアフラムの一部分は、両チャンバ間の圧力差に応答して反れ、前記電極とダイアフラムとの間の容量が、この圧力差を示す。幾つかの実施形態で、前記電極は、ハブ・スポーク接続部材から懸垂されている。幾つかの実施形態で、前記電極は、全体が金属である。他の実施形態で、前記電極は、セラミックディスクを有する。幾つかの実施形態で、前記変換装置は、ハウジングに接続されている低熱膨張係数の部材を有する。追加の実施形態で、前記ディスクは、温度変化のセラミック電極への効果を減少させるグルーブを有する。
【解決手段】圧力変換装置は、第１の主部と、第２の主部と、これら主部間に設けられ、前記第１の主部と共に第１のチャンバを形成し、前記第２の主部と共に第２のチャンバを形成するダイアフラムと、この第１のチャンバ内に配置されている電極とを有する。前記ダイアフラムの一部分は、両チャンバ間の圧力差に応答して反れ、前記電極とダイアフラムとの間の容量が、この圧力差を示す。幾つかの実施形態で、前記電極は、ハブ・スポーク接続部材から懸垂されている。幾つかの実施形態で、前記電極は、全体が金属である。他の実施形態で、前記電極は、セラミックディスクを有する。幾つかの実施形態で、前記変換装置は、ハウジングに接続されている低熱膨張係数の部材を有する。追加の実施形態で、前記ディスクは、温度変化のセラミック電極への効果を減少させるグルーブを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量型圧力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、組み立てられた従来技術の容量型圧力変換装置１００の一部の側方断面図である。図２は、前記変換装置１００を分解して示す側面図である。図示に便利なように、図１及び２は、本願で開示された他の図面と同様に、大きさを示すものではない。米国特許４，８２３，６０３号は、通常の形態の変換装置１００である容量型圧力変換装置を開示している。
【０００３】
簡潔にいえば、前記変換装置１００は、第１のシールされている内部チャンバ１１０と、第２のシールされている内部チャンバ１１２とを規定する主部を有する。これらチャンバ１１０、１１２は、比較的薄く、フレキシブルな導電体のダイアフラム１２０によって互いに分離されている。以下で詳細に示されるように、前記ダイアフラム１２０は、前記チャンバ１１０内とチャンバ１１２内との圧力差に応答して、反れ、へこむように設けられている。前記変換装置１００は、前記ダイアフラムの反りの量を示すパラメーターを与え、そして、このパラメーターは、差圧を間接的に示す。前記変換装置１００によって与えられる、差圧を示すこのパラメーターは、前記ダイアフラム１２０と電極１３０との間の電気容量である。
【０００４】
前記変換装置１００は、Ｐ＿ｘカバー１４０と、Ｐ＿ｘ主部１５０とを有する（以下で説明するように、用語「Ｐ＿ｘ」は、未知の圧力を表現する）。図３は、このＰ＿ｘ主部１５０の上面図である。このＰ＿ｘ主部１５０は、管状であり、（図３で図示され、図２で線１５３によって示される）中央内部アパーチャ１５２を規定する。前記Ｐ＿ｘ主部１５０の頂面は、段状にされ、前記アパーチャ１５２の周囲で延びている肩部１５４を与えている。前記Ｐ＿ｘ主部１５０は、下面１５６も有する。前記Ｐ＿ｘカバー１４０は、円形の金属シートであり、また、中央アパーチャ１４４を規定する圧力チューブ１４２を有する。前記Ｐ＿ｘカバー１４０は、前記Ｐ＿ｘ主部１５０の下面１５６に（例えば、溶接によって）取着されている。前記ダイアフラム１２０は、通常、導電材（例えば、ステンレススチール）の円形の薄いフレキシブルなシートである。上述したように、図１及び２は、大きさを示すものではなく、前記ダイアフラム１２０は、通常、前記変換装置１００の他の部材と比較して、図示されているよりもずっと薄い。前記ダイアフラム１２０は、図１で図示されているように、前記Ｐ＿ｘ主部１５０の肩部１５４に接している。前記ダイアフラム１２０の外周部分は、通常、Ｐ＿ｘ主部１５０に溶接され、Ｐ＿ｘ主部１５０の肩部１５４に固定される。
【０００５】
前記Ｐ＿ｘカバー１４０とＰ＿ｘ主部１５０とダイアフラム１２０とは、共同して、シールされた内部チャンバ１１０を規定する。前記Ｐ＿ｘカバー１４０は、前記チャンバ１１０の底面を規定し、前記Ｐ＿ｘ主部１５０は、その側壁を規定し、前記ダイアフラム１２０は、その頂面を規定する。前記チューブ１４２内の流体は、前記アパーチャ１４４を通過し、（図３で示される）前記中央アパーチャ１５２を通過し、前記チャンバ１１０中へと流れ得る。従って、前記チューブ１４２内の流体は、前記ダイアフラム１２０の下面と連通している。
【０００６】
前記圧力変換装置１００は、また、Ｐ＿ｒ主部１６０と、Ｐ＿ｒカバー１７０とを有する（以下で説明するように、用語「Ｐ＿ｒ」は、参照圧力を表現する）。図４は、前記Ｐ＿ｒ主部１６０の上面図である。このＰ＿ｒ主部１６０は、管状であり、（図４で図示され、図２で線２６３によって示される）中央アパーチャ１６２を規定する。前記Ｐ＿ｒ主部１６０の上面は、段状であり、下肩部１６４と、上肩部１６６とを与えている。この下肩部１６４は、前記アパーチャ１６２の周囲で延びており、また、前記上肩部１６６は、前記下肩部１６４の周囲で延びている。前記Ｐ＿ｒ主部１６０は、これら肩部１６４、１６６に対向した下面１６８も有する。このＰ＿ｒ主部１６０の下面１６８は、前記ダイアフラム１２０の外周部分の上面に（例えば、溶接によって）取着されている。前記Ｐ＿ｒカバー１７０は、円形の金属シートであり、また、中央アパーチャ１７４を規定する圧力チューブ１７２を有する。前記Ｐ＿ｒカバー１７０は、このＰ＿ｒカバー１７０の外周部分が、前記Ｐ＿ｒ主部１６０の上肩部１６６と接触するように、前記Ｐ＿ｒ主部１６０に（例えば、溶接によって）取着されている。
【０００７】
前記Ｐ＿ｒカバー１７０とＰ＿ｒ主部１６０とダイアフラム１２０とは、共同して、シールされた内部チャンバ１１２を規定している。前記ダイアフラム１２０は、このチャンバ１１２の底面を規定し、前記Ｐ＿ｒ主部１６０は、その側壁を規定し、前記Ｐ＿ｒカバー１７０は、その頂面を規定している。チューブ１７２内の流体は、前記ダイアフラム１２０の上面と連通している。以下で説明するように、電極１３０は、前記チャンバ１１２内に収容され、このチャンバ１１２内の流体の流れを妨げない。
【０００８】
前記電極１３０は、通常、不導（即ち、絶縁）セラミックブロックによって形成され、円筒形である。図５は、前記電極１３０の下面図である。この電極１３０の下面は、段状にされ、中央面１３５と、この中央面１３５の周囲で延びている肩部１３６とを有する。また、前記電極１３０は、（図５で図示され、図２で線１３３によって示される）アパーチャ１３２を規定している。前記電極１３０は、前記中央面１３５に（例えば、電気めっきによって）堆積されている比較的薄い導電部材１３４をさらに有する。この導電部材１３４は、図２及び５で明示されているが、図示に便利なように、図１では示されていない。前記電極１３０は、図１で示されるように、前記Ｐ＿ｒカバー１７０と、前記Ｐ＿ｒ主部１６０の下肩部１６４との間で固定されている。（図５で示されている）前記電極１３０のアパーチャ１３２は、流体が、前記電極１３０を通過して、前記ダイアフラム１２０の上面と圧力チューブ１７２との間を自由に流れることを可能にしている。前記電極１３０を前記Ｐ＿ｒ主部１６０に固定していることにより、前記導電部材１３４は、前記ダイアフラム１２０に対して離間した状態に保持されている。前記電極１３０は，通常、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間のスペースが、比較的小さく（例えば、０．０００２メートルのオーダー）なるように、位置される。
【０００９】
前記導電部材１３４とダイアフラム１２０とは、コンデンサ１３８の平行プレートを形成する。良く知られているように、Ｃ＝Ａｅ／ｄであり、ここで、Ｃは、２つの平行プレート間の容量、Ａは、これらプレート間の共通の面積、ｅは、これらプレート間の物質に基づく定数（真空について、ｅ＝１）、ｄは、これらプレート間の距離である。従って、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量は、前記ダイアフラム１２０と導電部材１３４との間の距離の関数である。前記ダイアフラム１２０が、前記チャンバ１１０と１１２との間の圧力差の変化に応答して上下に反れるのに従い、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量も、変化される。前記電極１３０（及び、前記導電部材１３４）は、好ましくは、ハウジングに対して静止状態に維持されるため、前記電極１３０は、「参照電極」と呼ばれるのがよい。どんなに短い時間であっても、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量は、前記チャンバ１１０と１１２との間の瞬間的な差圧を示す。知られた電気回路（例えば、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量の関数である共鳴周波数によって特徴づけられる「タンク」回路）が、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量を測定し、差圧を示す電気信号を与えるために使用され得る。
【００１０】
前記変換装置１００は、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量の測定を可能にするような導電体の貫通接続部材１８０を有する。この貫通接続部材１８０の一方の端部１８２は、前記電極１３０に接触している。前記貫通接続部材１８０は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０のアパーチャを通って延び、この貫通接続部材１８０の他方の端部１８４は、前記変換装置１００の外部にある。前記貫通接続部材１８０は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０のアパーチャを通って延びており、このアパーチャは、前記チャンバ１１２内の圧力を維持し、前記Ｐ＿ｒカバー１７０から前記貫通接続部材１８０を絶縁するように、例えば融解ガラスプラグ１８５によって、シールされている。前記貫通接続部材１８０は、前記導電部材１３４に電気的に接続されている。前記電極１３０は、前記電極１３０の頂面と接触している、前記貫通接続部材１８０の端部１８２と、（前記電極１３０の底面に設けられている）前記導電部材１３４との間の電気的な接続を可能としている電気めっきされた貫通孔（図示されていない）を通常有する。従って、前記貫通接続部材１８０は、前記コンデンサ１３８の一方のプレート（即ち、前記導電部材１３４）への電気的な接続を与えている。前記ダイアフラム１２０は、前記Ｐ＿ｒ主部１６０に溶接されているため、前記Ｐ＿ｒ主部１６０は、前記コンデンサ１３８の他方のプレート（即ち、前記ダイアフラム１２０）への電気的な接続を与えている。従って、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量は、前記Ｐ＿ｒ主部１６０と、前記貫通接続部材１８０の端部１８４との間に測定回路（図示されていない）を電気的に接続することによって測定され得る。実際上、前記変換装置１００の主部は、通常、接地されているため、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量は、測定回路を単に前記貫通接続部材１８０の端部１８４に電気的に接続することによって測定され得る。
【００１１】
前記導電部材１３４は、通常、前記電極１３０の下面に、円形「リング」の形態で配置されている。さらに、従来の圧力変換装置の幾つかは、前記電極１３０に配置されている１つ以上の導電部材と、これら導電部材に電気的に接続されている対応した個数の貫通接続部材とを有する。このような変換装置は、少なくとも２つのコンデンサを与える。第１のコンデンサは、前記ダイアフラム１２０と、前記電極１３０に設けられている一方の導電部材とによって形成され、第２のコンデンサは、前記ダイアフラム１２０と、前記電極１３０に設けられている他方の導電部材とによって形成されている。知られているように、このような態様の複数のコンデンサは、変換装置においてより厳密な温度補正を与えるように有利に使用され得る。
【００１２】
作動中、前記変換装置１００は、通常、絶対圧力変換装置として使用される。この形態で、前記チャンバ１１２は、通常、真空ポンプ（図示されない）を前記圧力チューブ１７２に適用することによって最初に排気される。前記チャンバ１１２が排気された後、前記チューブ１７２は、前記チャンバ１１２内の真空を維持するようにシールされる、即ち、「はさまれて締めつけられる（ｐｉｎｃｈ ｏｆｆ）」。このようにして、前記チャンバ１１２内に「参照」圧力が、形成される。真空は、便利な参照圧力であるが、他の所定の圧力を参照圧力として使用することも、知られている。前記チャンバ１１２内の圧力は、既知の圧力即ち参照圧力であるため、前記チャンバ１１２を形成するように使用される部材（即ち、前記Ｐ＿ｒ主部１６０並びにＰ＿ｒカバー１７０）は、Ｐ＿ｒ部材（即ち、「参照圧力」部材）と表現される。参照圧力が、前記チャンバ１１２内に確立された後、前記圧力チューブ１４２は、流体ソース（図示されていない）に接続され、この流体の圧力の測定が、可能となる。このような態様で前記圧力チューブ１４２を接続することにより、圧力を測定される流体が、前記チャンバ１１０に（そして、前記ダイアフラム１２０の下面に）供給される。前記チャンバ１１０内の圧力が、未知である、即ち、測定される圧力であるため、前記チャンバ１１０を形成するように使用される部材（即ち、前記Ｐ＿ｘカバー１４０並びにＰ＿ｘ主部１５０）は、Ｐ＿ｘ部材（即ち、「未知の圧力」部材）と表現される。前記ダイアフラム１２０の中央は、前記チャンバ１１０と１１２との間の差圧に応答して、上下に反れる。前記変換装置１００は、前記ダイアフラムの反りの量の測定を可能にしており、従って、前記チャンバ１１２内の既知の圧力に対する、前記チャンバ１１０内の圧力の測定を可能にしている。
【００１３】
前記変換装置１００は、もちろん、差圧変換装置としても使用され得る。この形態で、前記圧力チューブ１４２は、第１の流体ソース（図示されない）に接続され、また、前記圧力チューブ１７２は、第２の流体ソース（図示されない）に接続される。そして、前記変換装置１００は、２つの流体の圧力間の差を測定することを可能にしている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記変換装置１００の問題の１つは、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間の零圧力差の名目上の間隔に関する。前記チャンバ１１０と１１２との間の特定の参照圧力差、例えば零の圧力差に関する前記ダイアフラム１２０と導電部材１３４との間の参照距離は、「名目距離」又は「名目ギャップ」と表現するのがよい。前記圧力変換装置１００の作動において、前記ダイアフラム１２０は、もちろん、上下に反れ、従って、前記ダイアフラム１２０と導電部材１３４との間の間隔が、変化される。しかしながら、前記変換装置１００について、一貫した正確な圧力の読み取りを与えるためには、前記ダイアフラム１２０と導電部材１３４との間に一定の名目距離を与えることが、重要である。従って、特定の圧力差に関して、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間の名目距離が、常に同じであることを確実にすることが重要である。多数の変換装置１００を製造するとき、各ユニットで、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間に同一の名目距離を一貫して与えることが、重要である。さらに、変換装置１００のいずれのユニットにおいても、名目距離が、一定に維持され、時間の経過により変化されないことが重要である。
【００１５】
前記ダイアフラムと電極との間の名目ギャップは、非常に小さく、例えば、２５から４００ミクロンの範囲にあり得る。センサは、複数の異なった材料から形成され得、これらの各々は、製造中あるいは使用において、温度の変化に応答して異なった反応をし得る。名目ギャップ並びに他の許容誤差は、非常に小さいため、温度変化のための小さな変化は、名目ギャップに重大な影響を与え得る。例えば、金属のハウジングは、第１の割合で軸方向（即ち、前記ダイアフラムの平面に垂直な方向）に延び、また、セラミックの電極１３０は、第２の割合で軸方向に延び、従って、名目ギャップが、変化され得る。
【００１６】
従来技術の変換装置１００は、一定の名目距離を維持するための弾性部材１９２を有する。この弾性部材１９２は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０と、前記電極１３０の頂面との間で圧縮されている。前記Ｐ＿ｒ主部１６０の下肩部１６４は、前記電極１３０の肩部１３６を支持している。前記Ｐ＿ｒカバー１７０は、前記Ｐ＿ｒ主部１６０に溶接されているため、前記弾性部材１９２は、下方に向かうばね力を前記電極１３０に与え、この電極１３０を、前記Ｐ＿ｒ主部１６０に対して固定位置に保持している。前記弾性部材１９２は、しばしば、「ウェーブワッシャ」（即ち、リングの面に垂直な方向に１つ以上の場所で曲げられている、Ｏ−リングタイプの金属ワッシャ）を使用することにより提供される。前記弾性部材１９２は、比較的大きなばね力（例えば、１００ポンドのオーダー）を与え、前記電極１３０を安定位置に保持している。
【００１７】
前記変換装置１００は、前記電極１３０を安定に保持しているが、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間の名目距離は、例えば、機械的又は熱的衝撃に応答して、時間の経過により少量だけ変化され得る。当業者は、前記電極１３０のような、圧縮によって定位置に保持されている部材は、時間の経過により少量の移動（時々、「クリープ」として表現される）を示し得ることを理解するだろう。このクリープは、時々、名目距離を変化させ得、従って、前記変換装置１００の精度に悪影響を与え得る。また、過剰圧力状態は、前記電極１３０の所望でない移動を生じさせ得る。前記変換装置１００の通常作動中、前記ダイアフラム１２０は、前記電極１３０に接触することはない。しかしながら、前記変換装置１００の通常の作動範囲を越えた、前記チャンバ１１０内の大きな圧力（即ち、過剰圧力）は、前記ダイアフラム１２０を前記電極１３０に接触させ得、前記弾性部材１９２を僅かに圧縮させ得る。過剰圧力状態が、解消され、前記ダイアフラム１２０が、通常の作動位置に戻されたとき、前記弾性部材１９２は、再び伸び、前記電極１３０を再度位置させる。時々、前記電極１３０の新しい位置は、過剰圧力状態以前の当初の位置と僅かに異なるだろう。このような位置のシフトは、名目距離を変化させ得、前記圧力変換装置１００の精度に悪影響を与え得る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧力変換装置における改良された電極とこの電極のための装着部材とを提供する。全体を通じて、電極及び装着部材の設計は、電極の安定性を改良する。
【００１９】
本発明の一態様で、圧力変換装置が、１つのチャンバ内にハブ・スポーク装着部材を有する。このハブ・スポークは、ダイアフラムに平行な面内で延びている形態である。参照電極が、このハブ・スポーク装着部材のハブから懸垂され、前記ダイアフラムの近くに位置されている。前記ハブ・スポーク装着部材は、前記参照電極の安定性と、名目ギャップの均一性を改良する。前記ハブ、従って、前記参照電極は、前記圧力変換装置の主部が、様々な力を受けた場合であっても、実質的に不動に保たれる。１つの利点は、前記ハブ・スポーク装着部材は、大気圧の変動のような、前記圧力変換装置の主部に作用する力から前記電極を隔離していることである。加えて、前記装着部材は、前記参照電極を位置させるための弾性部材の必要性を排除する。また、前記装着部材は、過剰圧力状態に対する変換装置の反応を改良する。前記スポークは、前記ハブの安定性をさらに改良するような凹形グルーブを有し得る。
【００２０】
本発明の別の一態様で、圧力変換装置が、導電支持部材を有する改良された参照電極を有する。この電極は、好ましくは、全体が金属である。前記電極は、誘電材によって、電極支持部材に取着されている。１つの利点は、前記電極からセラミック材を排除することによって、漂遊容量の効果を減少させることである。第２の利点は、前記電極が、ハウジングの熱膨張係数と同様な熱膨張係数を有するであろうから、前記変換装置は、熱的により安定であろうということである。また、誘電体ジョイントは、機械的な留め具よりも信頼性が高く、時間の経過に対して、前記電極の固定位置を維持する。好ましくは、スペーサが、前記電極とダイアフラムとの間の名目ギャップを設定し得る。好ましい実施形態で、前記電極は、２重の電極であり、第２の電極から第１の電極を絶縁している誘電体を有する。
【００２１】
本発明の別の一態様で、前記変換装置は、ディスク部を有する電極を有し、このディスク部は、機械的な支持を与え、ガラス、金属はんだ若しくは真鍮、セラミック、又は、ガラスセラミックのようなジョイント材を用いてハウジングに保持されている支持ポストに設けられている。前記支持ポストは、好ましくは、セラミックによって形成され、前記電極から分離された部材として形成されているロッドであり得、あるいは、単一でモノリシックなディスク及びポストの一部として形成されているポスト部であり得る。前記ポストとハウジングとの間のジョイントは、非常に強い強度を有する圧縮タイプのジョイントを形成している。このジョイントの材料は、好ましくは、小さな剛性を有し、従って、１つの利点は、このジョイントは、熱膨張のミスマッチを吸収し得ることである。このジョイントは、前記圧力変換装置が、温度変化にさらされたとき、弾性的で予測可能な方法で、このジョイントにおいて、前記ハウジングとポストとの間のひずみを緩和させ得る。また、別の１つの利点は、非常に大きな剛性を有するセラミックポストは、熱によって発生されたひずみが、前記ディスクに到達するのを阻止することである。本発明のさらに別の一態様で、セラミック電極は、前記ディスク部の一面にグルーブを有する。このグルーブも、温度変化のための熱膨張によって生成される、前記ポスト部とディスク部との間のひずみを緩和する。
【００２２】
本発明の別の一態様で、圧力変換装置が、前記ハウジングに対して、低い熱膨張係数（ＴＣＥ）を有する部材を有する。前記ハウジングは、好ましくは、金属であり、セラミックの参照電極に接続されているセラミックロッドによって、この電極を支持している。前記低ＴＣＥ部材は、前記参照電極のロッドが、前記ハウジングに接続されている位置の近くで、前記ハウジングに接続されている。前記低ＴＣＥ部材は、前記変換装置が、製造中あるいは使用中、温度変化にさらされたとき、熱の効果のためのハウジングの曲がりを防止することに役立つ。前記低ＴＣＥ部材は、前記ロッドが中で保持されている、ハウジングの開口内に、又は、この開口に対向して、しっかりと接続され得る。代わって、前記ハウジングは、ハブ・スポーク装着部材又は同様な装着部材を有し、前記ＴＣＥ部材は、前記電極及びダイアフラムに対向した側で、スポークに溶接され得る。
【００２３】
本発明のさらに他の目的及び利点は、本発明の実施形態を説明することによって本発明が示されている以下の詳細な説明によって、当業者に容易に想定されるだろう。理解されるように、本発明は、本発明から離れずに、他の異なった実施形態で実施可能であり、実施形態の幾つかの詳細部分について、様々な態様の変形が可能である。従って、図面並びに説明は、限定又は規定する意味ではなく、本質的に説明的なものとして考慮されるべきであり、本願の範囲は、請求項によって規定される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の本質及び目的の充分な理解のため、添付された図面に関連した以下の詳細な説明が、参照されるべきであり、これら図面で、同一の参照符号は、同一又は同様な部材に付されており、また、ディメンジョンは、単に例として示されている。
【００２５】
図６は、本発明に従い構成された組み立てられた変換装置２００の一部の側方断面図である。図７は、図６で示される変換装置を、一部分を排除して示す上面図である。図８は、前記変換装置２００の側方断面図である。好ましい実施形態で、前記変換装置２００を形成するように使用される幾つかの部材は、従来技術の変換装置１００で使用される部材と同一又は同様である。より明確にいえば、前記変換装置２００は、従来技術の変換装置１００で使用される部材と同様なＰ＿ｘカバー１４０と、ダイアフラム１２０と、Ｐ＿ｘカバー１７０との部材を有する。しかしながら、従来技術の装置１００で使用されるＰ＿ｒ主部１６０と、電極１３０との部材ではなく、前記装置２００は、改良されたＰ＿ｒ主部２６０と、改良された電極２３０とを有する。前記装置２００は、前記弾性部材１９２の必要性を排除している。
【００２６】
図９と１０とは、各々、改良されたＰ＿ｒ主部２６０の好ましい一実施形態の上面図と斜視図とである。図１１は、図９で示される４Ｃ―４Ｃ線に沿って得られた前記Ｐ＿ｒ主部２６０の断面図であり、図１２は、図９で示される４Ｄ−４Ｄラインに沿う前記Ｐ＿ｒ主部２６０の断面図である。図９ないし１２で示されるように、前記Ｐ＿ｒ主部２６０は、外側管状ケース即ちシェル２６２と、１つ以上のスポーク２６４と、中央ハブ２６６とを有する。前記管状ケース２６２は、図１１及び１２で示されるように、中心軸２６１に沿って延びている。前記ケース２６２は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０内の内部キャビティ又はアパーチャを規定する内面２６３を有する。好ましい実施形態で、前記スポーク２６４は、前記内面２６３から、前記軸２６１にほぼ垂直な方向に、前記ケース２６２の中心に向かって延びている。別の実施形態で、前記スポーク２６４は、前記内面２６３から、前記軸２６１に垂直でない他の方向に、前記ケース２６２の中心に向かって延び得る。前記スポーク２６４は、前記中央ハブ２６６を支持しており、前記中心軸２６１は、前記中央ハブ２６６を横断している。各スポーク２６４の一端は、前記ケース２６２の内面２６３と接触しており、また、各スポーク２６４の他端は、前記中央ハブ２６６と接触し、これを支持している。以下で詳細に述べるように、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の１つの利点は、前記中央ハブ２６６は、前記ケース２６２に対して、ほぼ静止状態即ち不動に保たれる傾向にあることである。
【００２７】
図６ないし８を再び参照すると、前記ケース２６２の上面は、好ましくは、段状であり、前記Ｐ＿ｒカバー１７０を支持するための肩部２６７を規定することが見られ得る。好ましい実施形態で、前記Ｐ＿ｒカバー１７０は、前記肩部２６７に溶接され、前記Ｐ＿ｒカバー１７０と、前記ケース２６２の頂部との間の気密シールを形成している。また、前記ケース２６２は、下面２６８を規定する。好ましい実施形態で、前記ダイアフラム１２０は、この下面２６８に溶接され、前記ダイアフラム１２０と、前記ケース２６２の底部との間の気密シールを形成している。従って、前記Ｐ＿ｒカバー１７０と、Ｐ＿ｒ主部２６０と、ダイアフラム１２０とは、共同して、シールされている内部チャンバ１１２を規定する（従来技術の装置１００のように、圧力チューブ１７２が、このチャンバ１１２内に所望の参照圧力を与えるようにシールされ得る）。
【００２８】
Ｐ＿ｘカバー１４０の上面は、好ましくは、前記ダイアフラム１２０に固定（例えば、溶接）されており、このため、このＰ＿ｘカバー１４０とダイアフラム１２０とは、共同して、（前記ダイアフラム１２０の前記チャンバ１１２に対向した側に）内部チャンバ１１０を規定する。図１及び２は、前記Ｐ＿ｘカバー１４０と、Ｐ＿ｘ主部１５０と、ダイアフラム１２０とによって形成されているようなチャンバ１１０を示すが、前記装置２００は、Ｐ＿ｘ主部１５０の必要性を排除し、このＰ＿ｒ主部１５０なしでチャンバ１１０を形成している。他の実施形態で、前記装置２００は、前記Ｐ＿ｘ主部１５０を有し得、図１及び２で図示されるのと同一又は同様な態様でチャンバ１１０を形成し得る。しかしながら、前記装置２００の好ましい実施形態で、前記Ｐ＿ｘ主部１５０は、排除されている。当業者は、図６で示される前記Ｐ＿ｘカバー１４０は、図１で示されるＰ＿ｘカバー１４０と同様であるが、厳密に同一ではないことを理解するだろう。より明確にいえば、図６で示される前記Ｐ＿ｘカバー１４０の上面は、（図１で示されるように平らではなく）スロープ即ち斜面が設けられており、このため、前記チャンバ１１０は、前記ダイアフラム１２０が、前記Ｐ＿ｘカバー１４０の上面の外周部分に固定（例えば、溶接）されたとき、前記Ｐ＿ｘカバー１４０とダイアフラム１２０との間に形成される。当業者は、図１と６とで図示される各Ｐ＿ｘカバー１４０間の相違は、前記チャンバ１１０が形成される方法と同様に、本発明にとって決定的に重要ではないことを理解するだろう。
【００２９】
前記中央ハブ２６６は、（図７で示されるように）中央アパーチャ２６５を規定し、好ましくは、ねじ２０５又は他のタイプの留め具を収容するように形成されている（例えば、ねじ山を設けられている）。ねじ２０５又は他の留め具は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の中央ハブ２６６に電極２３０を保持している。図１３は、前記中央ハブ２６６に設けられている前記電極２３０の好ましい一実施形態の側方断面図である。図１４は、前記電極２３０の、図１３の５Ｂ―５Ｂ線に沿って得られた図である。前記電極２３０は、例えば筒形又はディスク形状であり得る絶縁材（好ましくは、セラミック）のブロック２３２と、このブロック２３２の下面２３４に従来の態様で配置されている（図１４で示される）１つ以上の導電部材２３５とを有する。この実施形態で、前記絶縁ブロック２３２は、前記中央ハブ２６６の中央アパーチャ２６５に適合されるように形成されている中央アパーチャ２１０を規定する。図６及び８で示されるように、ねじ２０５は、前記ハブ２６６と絶縁ブロック２３２とを一体的に保持している。また、前記絶縁ブロック２３２は、好ましくは、ボア孔２１０よりも広く、このボア孔２１０に接続されている（図１３に示される）凹部２０８を規定し、ねじ２０５の皿穴又はカウンタボアを与える。ねじ２０５のいかなる部分も、前記導電部材２３５とダイアフラム１２０との間のスペースに入らないように、この方法でねじ２０５の皿穴又はカウンタボアを与えることは、所望である。他の実施形態で、リベット又は接着剤が、ねじ２０５に代わって使用され得る。さらに別の実施形態で、ねじ（又は、ボルト）２０５の一端は、前記アパーチャ２６５を通って延び、ナット（図示されない）が、この端部にねじ留めされ、ねじ２０５と共同して、前記ハブ２６６と絶縁ブロック２３２とを一体的に保持する。この実施形態で、前記中央アパーチャ２６５は、ねじ山を設けられ得、あるいは、設けられ得ない。
【００３０】
前記電極２３０が、前記中央ハブ２６６に（例えば、ねじ２０５によって）固定されたとき、前記絶縁部材２３２の下面２３４は、（図６及び８に示されるように）前記ダイアフラム１２０に対して離間し、このため、前記ダイアフラム１２０と、（図１４で示される）１つ以上の導電部材２３５とは、１つ以上のコンデンサ２４０を形成する。１つ以上のスペーサ２０６が、前記導電部材２３５とダイアフラム１２０との間の間隔を調節するように、前記絶縁ブロック２３２の頂面と、前記中央ハブ２６６の底面との間に配置され得る。前記スペーサ２０６は、好ましくは、ねじ２０５の通過を可能にするような中央アパーチャを規定する「リング」タイプのワッシャとして形成される。好ましい実施形態で、前記スペーサ２０６は、０．００４インチと０．００７インチとの間の厚さであり、ステンレススチールから形成され、２つ以下の個数で使用される。
【００３１】
導電部材２３５が、図１４で示されるように、比較的薄いリングとして配置され得る。代わって、１つ以上の他のタイプの導電部材が、前記絶縁ブロック２３２の下面２３４に配置され得、各導電部材とダイアフラム１２０とによって形成される容量は、前記ダイアフラム１２０と導電部材との間の距離を示す。
【００３２】
前記変換装置２００の好ましい実施形態で、前記絶縁ブロック２３２は、その中心部分のみを前記ハブ２６６に固定されることにより設けられている。前記絶縁ブロック２３２の外周部分は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０のケース２６２から離間し、これに接触しておらず、このため、ギャップ２０９が、前記ケース２６２と絶縁ブロック２３２との間に与えられている。これは、前記セラミック電極１３０の外周部分の全体が、前記Ｐ＿ｒ主部（及び、弾性部材１９２）によって支持されている従来技術の変換装置１００と対照的である。以下でより詳細に示されるように、これは、前記電極２３０の安定性を改良する。
【００３３】
前記スポーク２６４、中央ハブ２６６並びに電極２３０は、全て前記内部チャンバ１１２内に配置されている。しかしながら、これら部材は、前記ダイアフラム１２０とＰ＿ｒカバー１７０との間の流体の圧力の伝達を妨げない。上述したように、前記電極２３０は、前記中央ハブ２６６に設けられており、（図８で示される）前記ギャップ２０９は、前記ケース２６２と電極２３０との間に与えられている。前記ギャップ２０９は、流体が、前記電極２３０の周囲を流れることを可能にしており、従って、従来技術の電極１３０の（図５で示される）アパーチャ１３２の必要性を排除する。このため、前記電極２３０は、従来技術の電極１３０よりも、形成するのが、より簡単であり、より安価である。また、前記スポーク２６４も、大きなアパーチャが、隣り合ったスポーク間に存在しているため、前記チャンバ１１２内の流体の流れを妨げない（即ち、連続している平らな円形シートではなく、分離されている複数のスポークが、前記中央ハブ２６６を支持するように使用されているため、前記中央ハブ２６６のためのこの支持部材は、前記チャンバ１１２内の流体の流れを妨げない）。
【００３４】
前記変換装置２００は、前記導電部材２３５への電気的な接続のための導電体の貫通接続部材２８０を有する。この貫通接続部材２８０の一端２８２は、前記絶縁ブロック２３２の上面と接続されている。前記貫通接続部材２８０は、（図７で示されるように）複数のスポーク間のスペースを通り、そして、前記Ｐ＿ｒカバー１７０のアパーチャを通って延びている。前記貫通接続部材２８０の他端２８４は、前記変換装置２００の外部にある。従来技術の変換装置１００のように、前記貫通接続部材２８０は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０のアパーチャを通って延びており、このアパーチャは、前記チャンバ１１２内の圧力を維持し、前記Ｐ＿ｒカバー１７０から前記貫通接続部材２８０を絶縁するように、（例えば、ガラスプラグ１８５によって）シールされている。前記貫通接続部材２８０の下端２８２は、従来の態様で（例えば、前記端部２８２から導電部材２３５へと、前記絶縁ブロック２３２のエッジ部を通過して延びている又はこのエッジ部の周囲で延びている、電気めっきされているアパーチャを通って）前記導電部材２３５に電気的に接続されている。前記貫通接続部材２８０は、前記コンデンサ２４０の１つのプレート（即ち、導電部材２３５）に電気的に接続されており、前記Ｐ＿ｒ主部２６０は、前記コンデンサ２４０の他のプレート（即ち、ダイアフラム１２０）に電気的に接続されている。追加の貫通接続部材が、好ましくは、前記絶縁ブロック２３２の表面２３４に配置されている各追加導電部材に与えられている。前記貫通接続部材２８０は、好ましくは、前記電極２３０に構造的な支持を与えることなく、前記電極２３０に接触している。むしろ、前記電極２３０のための構造的な支持は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の中央ハブ２６６によって与えられている。
【００３５】
上述したように、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の１つの利点は、前記中央ハブ２６６は、前記ケース２６２に対して、ほぼ静止状態即ち不動に保たれる傾向にあることである。つまり、前記スポーク２６４は、前記中央ハブ２６６のための安定な装着部材となっている。前記中央ハブ２６６は、前記ケース２６２に対して、ほぼ静止状態即ち不動に保たれるため、前記電極２３０は，前記ダイアフラム１２０の名目位置に対して、ほぼ静止状態に保たれる。従って、前記装置２００は、有利なことに、前記電極２３０とダイアフラム１２０との間に、ほぼ一定の名目距離を与える。
【００３６】
前記中央ハブ２６６が、前記ケース２６２に対してほぼ静止状態に維持される１つの理由は、前記装置２００内の弾性力の排除、又は、減少に関する。上述したように、従来技術の変換装置１００は、前記電極１３０の位置を維持するように、前記弾性部材１９２を圧縮した結果生じるばね力を使用している。従って、従来技術の装置１００の電極１３０には、時間の経過により、「クリープ」即ち移動が生じる。改良された変換装置２００は、このような弾性部材でなく、前記スポーク２６４を使用して、前記中央ハブ２６６の位置を固定するため、このハブ２６６は、安定な装着プラットホームを形成する。そして、前記装置２００は、ねじ２０５（又は、リベット、接着剤、溶接接続、他のタイプの留め具）のような留め具を使用し、前記電極２３０を前記中央ハブ２６６の安定な装着プラットホームに確実に保持している。前記電極２３０は、前記中央ハブ２６６の安定で静止した性質のため、静止状態に保たれる。
【００３７】
前記スポーク２６４は、好ましくは、一体的な部材によって形成されている。通常状態（即ち、前記装置２００の通常の作動温度）で、前記スポーク２６４は、好ましくは、いかなる引っ張りも、圧縮も受けない。従来技術の装置１００は、（弾性部材１９２の圧縮の結果生じる）比較的大量の蓄積エネルギー即ちポテンシャルエネルギーによって特徴づけられているのに対して、改良された変換装置２００の蓄積エネルギーの量は、零又は非常に零に近い。蓄積エネルギーが、前記装置２００内に存在しない、又は、減少されているために、前記中央ハブ２６６と電極２００とを含む前記装置２００の全ての部材は、時間の経過に対して、ほぼ静止状態かつ安定に保たれる傾向にある。
【００３８】
前記中央ハブ２６６は、前記装置２００の通常の作動状態で、静止状態に保たれる傾向にあるが、幾つかの実施形態で、前記ハブ２６６は、前記装置２００が、機械的又は熱的な衝撃又はストレスを受けたとき、いくらか移動され得る。例えば、前記装置２００の過熱あるいは冷却は、前記スポーク２６４の熱的な膨張あるいは収縮を生じさせる。このような熱的な膨張あるいは収縮は、各々のスポークを、圧縮あるいは引っ張り状態にさせ得、これらスポーク２６４の圧縮力あるいは伸張力は、前記中央ハブ２６６の変位を生じさせ得る。図１５は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の側方断面図であり、前記ケース２６２と、スポーク２６４と、中央ハブ２６６との全てを、通常の作動位置で示す。図１６は、熱の適用後の図１５に示されるＰ＿ｒ主部２６０の側方断面図である。加熱により、前記スポーク２６４の熱膨張が生じ、この結果、前記中央ハブ２６６の上方への変位（又は反り）を生じさせる。
【００３９】
熱的又は機械的な衝撃又はストレスによって生じるこのような変位を減少させるため、前記装置２００の好ましい実施形態で、前記スポーク２６４は、凹形グルーブ２６９を有する。図９、１０、１２で示される実施形態で、各々のスポーク２６４は、２つの凹形グルーブ２６９を有する。図７で、１つのスポーク２６４は、２つの凹形グルーブを有するとして示される。図示に便利なように、図７の２つのスポーク２６４は、凹形グルーブを有しないものとして示されるが、当業者は、これらスポークの各々は、好ましくは、凹形グルーブを有することを理解するだろう。前記凹形グルーブ２６９は、前記スポーク２６４が、圧縮あるいは引っ張り状態にあるときであっても、前記中央ハブ２６６の安定位置を維持することを、可能にしている。つまり、前記凹形グルーブ２６９は、各々のスポーク２６４が、圧縮あるいは引っ張りを受けたとき、変形されることを、可能にしている。各スポーク２６４は、好ましくは、適合即ち補足凹形グルーブ２６９を有する（即ち、１つのスポークの凹形グルーブは、別のスポークの凹形グルーブに適合している）。全てのスポーク２６４は、補足凹形グルーブ２６９を有するため、１つのスポークの変形は、他のスポーク２６４で生じる変形と適合する、即ち、これを補足する。全てのスポーク２６４で生じる補足変形によって、前記中央ハブ２６４は、熱的又は機械的な衝撃又はストレスが存在する場合であっても、通常の作動位置に安定に保たれる。
【００４０】
図９、１０、１２で示される実施形態で、各々のスポーク２６４は、２つの長方形の補足凹形グルーブを有する。当業者は、他の実施形態で、他のタイプの凹形グルーブが，使用され得ることを理解するだろう。例えば、凹形グルーブの形状は、決定的に重要ではなく、長方形でなく、他の形状によって特徴づけられ得、例えば、半円形又は三角形であり得る。さらに、スポーク毎に２つの凹形グルーブでなく、他の個数のグルーブが、与えられ得る。好ましい実施形態で、各スポークは、少なくとも２つの凹形グルーブを有する。当業者は、有限要素分析が、本発明で使用され得る凹形グルーブの他のパターンを計算するように使用され得ることを理解するだろう。
【００４１】
図９ないし１２で示されるＰ＿ｒ主部２６０の好ましい実施形態は、３つのスポーク２６４を有する。各々のスポークは、まっすぐであり、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の中央軸２６１にほぼ垂直な方向に延びている。しかしながら、当業者は、他のパターンのスポークが、本発明で使用され得ることを理解するだろう。図１７、１８、１９、２０は、前記スポーク２６４の別の実施形態を示す。図１７は、３つのスポークの形態を示し、各々のスポーク２６４は、まっすぐではなく、むしろ、曲がっている。図１８、１９、２０は、４つ、２つ、１つのスポークの形態を示す。前記Ｐ＿ｒ主部２６０は、好ましくは、２つ以上のスポーク２６４を有するが、１つのスポークの実施形態（その一例が、図２０で示される）も、本発明の範囲に含まれる。図１７、１８、１９で示される全ての形態で、各々のスポークは、好ましくは、凹形グルーブ（図示されない）を有する。
【００４２】
熱的又は機械的な衝撃又はストレスの存在下で、改良された安定性を与えることに加えて、前記Ｐ＿ｒ主部２６０のスポークの設計は、過剰圧力状態下でも改良された安定性を与える。例えば、図６ないし８を参照すると、過剰圧力状態は、前記ダイアフラム１２０を前記電極２３０に接触させ、これを移動させ得る。前記スポーク２６４は、上方に弾性的に反れ、前記電極２３０のこのような変位を可能にする。しかしながら、過剰圧力状態が、解消されたとき，前記スポーク２６４は、当初の作動位置に戻る傾向にあり、従って、前記電極２３０を所望の通常作動位置へと戻す。凹形グルーブを用いてあるいは用いずに、前記Ｐ＿ｒ主部２６０のスポークの設計は、過剰圧力状態下で、改良された性能を与えている。従来技術の装置１００の弾性部材１９２は、過剰圧力状態に続いて、前記電極１３０を再設置（即ち、移動）させ得るのに対して、前記Ｐ＿ｒ主部２６０のスポーク２６４は、常に、過剰圧力状態に続いて前記電極２３０を当初の所望の通常作動位置に戻す傾向にある。
【００４３】
前記Ｐ＿ｒ主部２６０（前記ケース２６２と、スポーク２６４と、中央ハブ２６６とを有する）は、好ましくは、モノリシックな（即ち、一体的な）金属構造体である。前記Ｐ＿ｒ主部を形成する１つの好ましい方法は、押し出し成形によるものである。モノリシックな構造が、好ましい一方で、当業者は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０は、代わって、分離されている部材によって形成され得ることを理解するだろう。
【００４４】
好ましい実施形態で、前記Ｐ＿ｘカバー１４０、Ｐ＿ｒ主部２６０、Ｐ＿ｒカバー１７０、ハブ２６６、スポーク２６４並びにスペーサ２０６は、全て、同じ金属（例えば、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、ニッケルと鉄とクロムとの合金）によって形成されている。前記絶縁ブロック２３２は、好ましくは、アルミナ又はフォルステライト（即ち、マグネシウムケイ酸塩）によって形成されている。
【００４５】
１．金属電極
図２１は、本発明に従って形成された別の容量型圧力変換装置４００の一部の側方断面図である。図２２は、前記装置４００の分解図である。（例えば、図６、７、８で示される）前記装置２００のように、前記装置４００は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０と、Ｐ＿ｒカバー１７０と、Ｐ＿ｘカバー１４０と、ダイアフラム１２０とを有する。前記装置４００は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０のハブ２６６によって支持されている電極も有する。しかしながら、前記電極２３０を使用せずに、前記装置４００は、異なったタイプの電極４３０を有する。図２３は、前記電極４３０の上面図である。この電極４３０は、全体が金属である（即ち、前記電極１３０又は２３０と異なり、前記電極４３０は、絶縁の、即ち、セラミックの部分を有していない）。前記電極４３０は、ディスク形状の導電プレート４３１と、筒形導電支持ロッド４３２とを有する。このロッド４３２は、前記プレート４３１に接続されており、このため、前記電極４３０は，図２１及び２２で示されるように逆Ｔ字形で特徴づけられている。前記ロッド４３２は、前記プレート４３１に溶接され又は他の方法で固定され得、あるいは代わって、前記ロッド４３２とプレート４３１とは、１つのモノリシックな金属構造体として形成され得る。前記電極４３０は、前記ロッド４３１が、前記ハブ２６６によって規定される中央アパーチャ２６５を通って延びているように、前記装置４００内に設けられている。絶縁誘電体４５２、例えば、ガラスが、前記ハブ２６６に対して前記ロッド４３２を保持するように使用されている。
【００４６】
前記装置４００は、幾つかの利点を有する。第１に、前記電極からセラミック材を排除して、漂遊容量の効果を減少させることにより、前記装置４００の性能を改良している。導電プレートが、絶縁セラミックディスクに配置されている（図１に示される）前記電極１３０のような、従来技術の電極で、セラミック材の存在は、ダイアフラムと導電プレートとの間で測定される容量に所望でない悪影響を与える、金属ハウジング部分と導電プレートとの間の比較的大きな漂遊容量を生じさせる傾向にある。つまり、その高い誘電率のため、セラミック材は、周囲の金属ハウジングと導電プレートとを実際よりも互いにより近く見せる傾向を有する「拡大効果（ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）」を生じさせ、このため、漂遊容量は、比較的大きくなる。これら漂遊容量は、圧力変換装置の感度を減少させる。電極からセラミック材を排除したことは、この「拡大効果」を排除し、従って、前記装置４００が、前記ダイアフラムと導電プレート４３１との間の距離をより精密に測定することを可能としている。
【００４７】
第２に、電極からセラミック材を排除したことは、前記変換装置４００の熱的な安定性を改良する。セラミックの熱膨張係数と金属のそれとは、互いに等しくない。従って、従来技術の装置１００を加熱した場合、前記Ｐ＿ｒ主部は、前記電極１３０のセラミックよりも、（他の全ての方向と同様に）垂直方向により速く膨張する。即ち、前記装置１００を過熱した場合、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間の距離が、増大される。前記装置１００のダイアフラム１２０と導電部材１３４との間の距離は、温度変化に応答して変化され得るため、前記装置１００は、熱的に安定ではない（即ち、理想的には、前記ダイアフラム１２０と電極との間の距離は、前記チャンバ１１０と１１２との間の圧力差のみに応答して変化される）。前記装置１００と対照的に、前記装置４００で、前記電極４３０は、セラミック材を有さず、全体が金属材である。このため、前記電極４３０の熱膨張係数が、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の熱膨張係数に適合されることが可能になっており、従って、前記装置４００の熱的な安定性が、改良されている（即ち、前記ダイアフラム１２０と、前記プレート４３１の下面との間の距離は、温度の変化に応答して変化される傾向を有さない）。好ましい実施形態で、前記Ｐ＿ｒ主部２６０と電極４３０とは、共に、同じ材料（例えば、Ｉｎｃｏｎｅｌ）により形成されている。
【００４８】
第３に、前記誘電体プラグ４５２は、機械的ねじ又は他の機械的留め具よりも、前記電極４３０をより確実に保持している。ねじ又は他の機械的留め具は、時間の経過により、ゆるめられ、移動され、又は、その他の変化が生じ得るのに対して、前記誘電体プラグ４５２は、非常に長い期間、安定に保たれ、変化されない傾向にあり、従って、前記電極４３０を前記ハブ２６６に対して固定位置に確実に保持している。幾つかの実施形態で、前記装置４００のハブ２０６は、ねじタイプの留め具を収容するように、ねじ山を設けられ得る。しかしながら、このようなねじ山は、前記装置４００では必要ない。
【００４９】
第４に、前記電極４３０は、前記装置４００内の所定の位置において（即ち、前記ハブ２６６において）、前記装置４００に固定されているため、前記誘電体プラグ４５２は、気密シールを形成する必要がない。これは、（例えば、米国特許５，４４２，９６２号で開示されているように）電極を装置に留める誘電材が、外部環境と装置の内部チャンバとの間の気密シールも形成している従来技術の装置と対照的である。このような従来技術の装置で、気密シールを形成する必要性から、通常、誘電材を選択しなければならず、ガラスシール合金が、通常使用される。ガラスシール合金は、（１）選択肢が、従って（熱膨張係数のような）性質の範囲が、限られており、（２）比較的高価であり、（３）（鉄を有するため）腐食され得るために、不利である。また、ガラスシール合金は、融解させることが困難である。この特性は、電極を保持するためにガラスシール合金を使用する従来技術の装置において、電極を精密に位置決めすることを困難にし、また、装置の製造費用を増大させている。前記装置４００の誘電体プラグ４５２は、気密シールを形成する必要がないため、前記プラグ４５２を形成するように使用される材料は、主に、使用の容易さ、並びに、電極４３０を安定位置に保持する能力に関して選択され得、この選択は、シールを気密にする必要性のために、妥協される必要はない。前記誘電体プラグ４５２を形成するのに好ましい材料は、特に、Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｏｆ Ｍｉｌｆｏｒｄ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔによって供給されるようなドーピングガラス、ＣｅｒａｍＴｅｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｅｗ Ｌｅｂａｎｏｎの一部門であるＣｅｒａｍａｓｅａｌ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋによって供給されるようなセラミックである。
【００５０】
上述された前記Ｐ＿ｒ主部２６０、Ｐ＿ｒカバー１７０、Ｐ＿ｘカバー１４０、ダイアフラム１２０、並びに、電極４３０に加えて、前記変換装置４００は、スペーサ４５０と、導電体の貫通接続部材４８０と、ガラスプラグ４８５と、導電ワイヤ４８６とをさらに有する。前記貫通接続部材４８０は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０に規定されたアパーチャを通って延びている導電ピンである。前記貫通接続部材４８０の一端４８４は、前記装置４００の外部にあり、また、他端４８２は、前記装置４００の内部にある。前記ガラスプラグ４８５は、前記貫通接続部材４８０を、前記Ｐ＿ｒカバー１７０に対して定位置に保持し、前記貫通接続部材４８０を前記Ｐ＿ｒカバー１７０から絶縁している。前記導電ワイヤ４８６は、前記ロッド４３２の上端部と、前記貫通接続部材４８０の内部の端部とに物理的に接続され、従って、前記貫通接続部材４８０を前記導電プレート４３１に電気的に接続している。別の実施形態で、前記導電ワイヤ４８６は、ばねによって代えられ得る。そして、外部回路が、前記貫通接続部材４８０の外部の端部４８４に接続されることにより、前記プレート４３１に電気的に接続され得る（即ち、前記ダイアフラム１２０とプレート４３１とによって形成されるコンデンサの容量を測定する）。
【００５１】
（前記電極４３０を定位置に保持している）前記誘電体４５２と異なり、前記ガラスプラグ４８５は、気密シールを形成する。しかしながら、前記貫通接続部材４８０は、前記電極４３０について要求されるような高い精度で、位置決めされる必要はないため、前記プラグ４８５を形成することは、比較的容易である。
【００５２】
前記スペーサ４５０は、環状であり、Ｐ＿ｒ主部２６０の下面２６８と、ダイアフラム１２０の上面との間に配置されている。このスペーサ４５０は、通常、前記主部２６０の下面２６８と、前記ダイアフラム１２０とに溶接されている。前記Ｐ＿ｒカバー１７０と、Ｐ＿ｒ主部２６０と、スペーサ４５０と、ダイアフラム１２０との全ては、共同して、シールされている前記内部チャンバ１１２を規定する。前記Ｐ＿ｘカバー１４０とダイアフラム１２０とは、共同して、前記内部チャンバ１１０を規定する。
【００５３】
前記導電プレート４３１と、ダイアフラム１２０とは、共に、センサーコンデンサ４３８を形成している。前記導電プレート４３１の下面は、好ましくは、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の下面２６８と同一平面となるように配置されている。前記プレート４３１の下面と、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の下面２６８とが、同一平面であるとき、前記ダイアフラム１２０とプレート４３１との間の名目ギャップは、前記スペーサ４５０の厚さによって完全に決定される。前記スペーサ４５０の厚さの好ましい値は、約０．００１インチと約０．０２０インチとの間の値である。前記スペーサ４５０を形成するのに好ましい材料は、例えば、Ｉｎｖａｒ（登録商標）、Ｋｏｖａｒ（登録商標）、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）である。
【００５４】
前記電極４３０を前記Ｐ＿ｒ主部２６０に取着させる１つの好ましい方法は、（１）前記プレート４３１の下面を平らな面（例えば、平らなテーブル）に配置し、（２）前記ロッド４３２が、前記ハブ２６６を通って延び、このハブ内の中心に位置するように、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の下面２６８を同一の平らな面に配置し、（３）前記電極４３０とＰ＿ｒ主部２６０とが、上述したように位置されている状態で、前記誘電体プラグ４５２を形成するという方法である。前記電極プラグ４５２は、前記ハブ２６６とロッド４３２との間に誘電材を配置し、装置を加熱してこの誘電材を融解させ、その後、この誘電材が、冷却され、凝固されることを可能にすることによって形成され得る。
【００５５】
図２１及び２２で示されるように、前記スポーク２６４は、管状ケースの内面２６３、即ち、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の側壁２６２から延びている。前記スポーク２６４は、前記内面２６３から延びており、この内面２６３は、好ましくは、垂直、つまり、前記中心軸２６１に平行である。前記ケース２６２の内面２６３と外面との両方は、好ましくは、垂直、つまり、前記中心軸２６１に平行である。通常、気圧の効果は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０のような、容量型変換装置のハウジングの充分に支持されていない部分で最大となり、また、変換装置が、非常に低い圧力で作動されている場合に最大化される。（例えば、上で参照された米国特許５，４４２，９６２号で開示されているように）電極が、比較的薄い水平なカバーに固定されている従来技術の装置で、気圧の変化は、好ましくないことに、ダイアフラムと電極との間の名目ギャップを変化させ得る。前記装置４００のＰ＿ｒ主部２６０の垂直なケース２６２は、好ましくは、比較的厚く（例えば、０．２５インチ）、さらに前記スポーク２６４によって支持され、従って、非常に丈夫で頑丈であり、気圧の変化に対して比較的耐性（ｉｍｍｕｎｅ）がある（即ち、気圧の変化に応答して、探知可能なほど反れない又は曲がらない）。従って、前記装置４００のＰ＿ｒ主部２６０は、容量型圧力装置の外面への気圧の効果から電極４３０を隔離している。前記電極４３０が設けられているハブ２６６が、ハウジングの内部にあり、また、前記Ｐ＿ｒカバー１７０よりも強固で、気圧の変化に対して影響をより受けないハウジングの垂直部分に好ましくは固定されているため、前記電極４３０は、外部の圧力変化から隔離されており、前記装置４００の安定性は、増大されている。安定性を更に増大させるため、前記容量型圧力装置４００も、前記スポーク２６４に、（例えば、図１０で示されるような）前記装置２００に関して上述したタイプ２６９の凹形グルーブを有する。別の実施形態で、前記電極４３０は、ハブ・スポークタイプの電極装着部材の変形例から懸垂され得る。例えば、電極装着部材は、前記Ｐ＿ｒケース２６２から前記チャンバ１１２の中央部へと延び、アパーチャを規定する電極装着部材であり得、改良された電極４３０は、絶縁材のプラグを用いて、前記アパーチャ内で装着部材に接続されている。
【００５６】
図２４と２５とは、各々、本発明に従い構成された容量型圧力変換装置５００の別の実施形態の側方断面図と分解図とである。この装置５００は、前記装置４００に非常に似ている。しかしながら、（前記装置４００の場合のように）１つの電極４３０のみを有する代わりに、前記装置５００は、２つの電極、即ち、第１の電極４３０と第２の電極５３０とを有する。これら第１の電極４３０と第２の電極５３０とは、好ましくは、図２４及び２５で示されるように、内電極と外電極として配置されている。図２６は、前記第２の電極５３０の上面図である。
【００５７】
前記第２の電極５３０は、環状の平らな導電プレート５３１と、導電体のカップ形状の水平支持部材５３３と、導電体の管状の支持部材５３２とを有する。前記電極４３０のように、第２の電極５３０は、好ましくは完全に金属である。前記プレート５３１と、水平支持部材５３３と、管状支持部材５３２との全ては、導電体の１つのモノリシックな構造体として形成され得、あるいは代わって、これら部材は、分離して形成され、互いに溶接又はその他の方法で接続され得る。
【００５８】
前記装置５００で、前記第２の電極５３０は、前記第１の電極４３０を囲んでいる。前記第２の電極の導電プレート５３１の下面は、前記第１の電極の導電プレート４３１の下面と同一平面であり、この下面を囲んでいる。前記管状支持部材５３２は、軸２６１に沿って前記第１の電極の支持部材４３２を囲み、この支持部材４３２と共軸で延びている。
【００５９】
第２の電極に加えて、前記装置５００は、また、２つの誘電体支持部材５５２、５５４と、導電体の第２の貫通接続部材５８０と、第２のガラスプラグ５８５と、第２の導電ワイヤ５８６とを有する。前記第２の貫通接続部材５８０は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０の第２のアパーチャを通って延びている。第２のガラスプラグ５８５は、前記カバー１７０に対して前記貫通接続部材５８０を保持し、また、前記カバー１７０から前記貫通接続部材５８０を絶縁している。前記ワイヤ５８６は、前記管状支持部材５３２の上端部を、前記装置５００の内部の、前記貫通接続部材の一端部に電気的に接続している。前記誘電体５５４は、前記管状支持部材５３２を前記ハブ２２６に固定し、また、前記ハブ２６６から前記電極５３０を絶縁している。前記誘電体５５２は、前記支持ロッド４３２を前記管状支持部材５３２の内部に固定し、また、前記第２の電極５３０から前記第１の電極を絶縁している。前記装置４００の誘電体４５２のように、前記誘電体５５２、５５４は、気密シールを形成する必要はない。前記電極４３０と電極５３０とを前記ハブ２６６に接続させる好ましい方法は、（１）前記プレート４３１の下面を平らな面（例えば、平らなテーブル）に配置し、（２）前記導電プレート５３１が、前記プレート４３１を囲み、前記ロッド４３２が、前記管状支持部材５３２を通って延びるように、前記導電プレート５３１の下面を同一の平らな面に配置し、（３）前記ロッド４３２と管状部材５３２とが、前記ハブ２２６を通って、このハブ２６６内の中央に位置されるように、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の下面を同一の平らな面に配置し、（４）前記電極４３０と５３０とが、上述したように位置されている状態で、前記誘電体プラグ５５２、５５４を形成する方法である。前記誘電体プラグ５５２、５５４は、前記装置４００内の前記プラグ４５２と同様な方法で形成され得る。
【００６０】
前記ダイアフラム１２０とプレート４３１とは、第１のコンデンサ４３８を形成し、また、前記ダイアフラム１２０とプレート５３１とは、第２のコンデンサ５３８を形成する。従って、前記電極５００は、シールされている内部チャンバ１１０内と１１２内との圧力の相違を探知するように使用され得る２つのコンデンサを与える。この２つのコンデンサは、好ましくは、前記円形プレート４３１の面積と、前記管状プレート５３１の面積とを等しくすることによって、釣り合いを保たれている。
【００６１】
図２７と２８とは、前記変換装置５００の別の一実施形態を、一部分を排除して示す上面図と、側方断面図とである。ここで図示されている実施形態で、共軸のシールドが、各々の貫通接続部材に与えられている。また、前記第２の電極５３０は、より丸められ、より角がない形態である。つまり、前記導電プレート５３１とカップ状の水平支持部材５３３との間の接続部は、角があるというよりむしろ丸められている。
【００６２】
図２９と３０とは、前記変換装置５００のさらに別の一実施形態を、一部分を排除して示す上面図と、側方断面図とである。この実施形態は、前記Ｐ＿ｘカバー１４０よりむしろ、Ｐ＿ｘカバー５４０を有し、このＰ＿ｘカバー５４０は、前記Ｐ＿ｘカバー１４０よりも充分厚く、より丈夫である。例えば、この実施形態で、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の直径は、直径で、１．００インチよりも小さく形成され得る。
【００６３】
２．弾性ジョイント及びグルーブを有するセラミック電極
図３１は、本発明の別の態様に従って形成される別の圧力センサーの一部分６１０を示しており、この部分６１０は、装置を形成するために使用される取付け装置６１２上に示されている。図３２でも示されるように、幾つかの実施形態で、ハウジング部分６１４は、好ましくは、（例えば、米国特許５，９６５，８２１号で開示されるように）複数のスポーク６１６を有するハブ６１７として形成される。このハブは、開口６１８を有し、この開口６１８は、ジョイント６２２によってハブ６１７内で保持されている支持ロッド６２０を保持している。前記ジョイント６２２は、鉛ホウ化シリコンのようなガラス状態のガラス若しくは失透ガラスによって形成され得、又は、金属真鍮若しくははんだ、セラミック、ガラスセラミックであり得る。前記ロッド６２０は、好ましくは、アルミナ９６％又はマンガンケイ酸塩（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）のような、セラミックにより形成され、ハウジング部分６１４は、好ましくは、Ｉｎｃｏｎｅｌのような、ニッケルとクロムと鉄との合金である金属によって形成される。
【００６４】
前記ロッド６２０の他端に、セラミックディスクによって形成される電極６２８が、設けられており、このディスクは、このディスクの下面に形成される、メタルフィルムのような１以上の導電部材６３０を有する。前記電極６２８は、前記ロッド６２０に接続されている分離された部材であり得、ほぼＴ字形の断面を有する１つのユニットを形成する。図３３でより詳細に示されるように、前記電極６２８は、好ましくは、前記ディスクが前記ロッドに接続されている位置に対向し、ダイアフラム６４０が配置されるだろう位置に対面する、前記ディスクの下面に形成された同心的な２つの導電リング６３０を有する（図３４参照）。
【００６５】
図３１に示される前記形成用取付け装置６１２は、前記ダイアフラム６４０が、前記ハウジング部分６１４に溶接され又はその他の方法で接続されるとき、前記電極６２８に設けられている導電部材６３０とダイアフラム６４０との間の距離ｄを設定し、維持することに役立つ。前記取付け装置６１２は、前記電極６２８とダイアフラム６４０との間の距離ｄを規定する隆起されている部分６３４を有する一面を有する。この距離は、非常に小さくあり得、例えば、２５から４００ミクロンである。前記電極６２８と、前記ジョイント６２２を有するロッド６２０とは、電極が、前記取付け装置６１２上に置かれている状態で、ハウジング６１４内に配置される。そして、前記電極の６２８の下面と前記ハウジング部分６１４の下面とが、所望の距離ｄだけ互いに離間することを確実にするように、ジョイント材は、融解され、冷却されて、前記ロッド６２０を前記開口６１８内で接続する。つまり、これは、前記電極６２８の下面が、組み立てられた変換装置で、前記ダイアフラム６４０から距離ｄ、又は、装置が冷却された後、距離ｄ’だけ離間するだろうことを確実にする。形成又は使用におけるセンサ６００の温度変化中、ガラスジョイント６２２は、前記ロッド６２０とハウジング６１４との間に弾性ジョイントを与え、また、前記ロッド６２０の大きな剛性と共に、温度変化の結果の伸張が、前記ハウジング６１４から前記電極６２８に達することを妨げるのに役立つ。
【００６６】
前記ロッド６２０は、前記開口６１８内で固定され、前記電極６２８に機械的な支持を与えているが、電気的な接続を与える必要はない、即ち、前記ロッド６２０は、（導電体であり得るが）導電体である必要はない。前記導電部材６３０への電気的な接続は、好ましくは、複数の前記スポーク６１６間に与えられている追加のリード部材６３６を通って与えられる。
【００６７】
前記圧力センサ６００をより最終的な形態で示す図３４を参照すると、ダイアフラム６４０は、前記ハウジング部分６１４に溶接されており、第２のハウジング部材６４２は、前記ダイアフラム６４０の他の側に溶接されており、別のハウジング部材６４４は、図３１で示されるハウジング部分６１４の頂部を被って溶接され得、装置のハウジングを規定する。代わって、前記ハウジング部分６１４とハウジング部材６４４とは、一体的に形成され得る。前記ハウジング部材６４４は、また、参照圧力を形成するための開口６４８を有する。開口６４６が、流体が、探知用チャンバに入って、前記ダイアフラム６４０を前記電極６２８に対して移動させることを可能にしている。
【００６８】
回路６３７が、前記ダイアフラム６４０と電極６２８とに信号を与える。例えば、この回路６３７は、共鳴周波数によって特徴づけられるタンク回路を有し得、この周波数は、前記電極６２８とダイアフラム６４０との間の容量の関数である。前記ダイアフラム６４０の他の側の圧力に対する、前記開口６４６からの圧力の変化に応答して、前記ダイアフラム６４０が、移動されるに従い、容量は、変化される。典型的に、零でない信号が、電極に与えられ、ハウジングとダイアフラムとは、接地されている。
【００６９】
図３５を参照すると、電極ディスクと支持ポストとは、２つの分離された部材としてよりはむしろ、ポスト部分６５２とディスク部分６５４とを有する１つのモノリシックなＴ字形部材６５０として形成され得る。前記ポスト部分６５２は、ガラス、金属、又は、セラミックであり得るジョイント６５３を用いて、ハウジング６１６にしっかりと接続されている。ガラスの場合、前記ジョイント６５３は、鉛ホウ化シリコンガラスのような、セラミックに結合されるガラス状態のガラス又は失透ガラスによって形成され得る。前記ポスト部分６５２とディスク部分６５４とが、つながっている位置で、ほぼ円形のグルーブ６５５が、前記ポスト部分６５２の基端部の周囲で、前記ディスク部分６５４の上面に形成される。前記グルーブは、内径６５７と、外径６５９と、深さ６６３とによって規定される。前記グルーブの幅は、前記外径６５９と内径６５７との間の差によって規定される。前記グルーブ６５５の内径６５７は、前記ポスト部分６５２の直径にほぼ等しく、この位置で、前記ポスト部分６５２が、前記ディスク部分６５４に接続されている。前記グルーブ６５５は、好ましくは、前記ディスク部分６５４の半分の厚さ６６４にほぼ等しい深さ６６３を有する。このグルーブ６５５は、ジョイントでの引っ張りを緩和し、前記ディスク部分６５４を平らに保つのに役立つ。
【００７０】
上述したように、温度変化は、通常、センサの精度に悪影響を与える。これは、ハウジングが、金属であり、電極（及び／又は、電極支持部材）が、セラミックであって、実質的に異なった熱膨張係数を有するときに、特にあてはまる。探知コンデンサのギャップの大きさは、探知される圧力と、装置がさらされる温度との両方の関数であろう。２重の電極の設計は、未知の圧力を探知する場合に、「平面排除（ｐｌａｎａｒ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ）」の原理を利用して、温度の効果を取り除く。２重の電極の設計において、典型的に、測定される容量は、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の容量の差である。この平面排除の概念に従うと、電極が平面に保たれる限り、温度の効果によって生じるいかなるギャップの効果も、両方のコンデンサについて同じであるだろうから、差の測定において相殺されるだろう。代わって、様々な温度及び圧力状態に対する第１及び第２のコンデンサの応答が、前もって、測定され、記録され得る。２重の電極の設計における第１及び第２の電極が、平らに保たれる限り、これら既知の特性は、第１及び第２のコンデンサの測定された容量を相互に関連させて、信号における温度の効果を決定し、そして、これら効果を調節して、精密な圧力の読み取りを得るように使用され得る。このような２つの平面電極の使用は、温度に関連した変形を相殺即ち排除することに役立つから、この設計の特徴は、「平面排除」と表現される。２重の電極の設計は、（相対的な差が、予測可能であり、前もって特徴づけられ得る）安定状態における平面排除について効果的であるが、所定の一時的な状況で、平面的でない変化と、複数の効果の組合せとが、この形態の温度の相殺を害する。
【００７１】
製造中、圧力変換装置は、特に前記ジョイント６５３を形成するために、例えば４５０℃までの範囲のような、非常に高い温度にさらされ得る。前記ジョイント６５３を形成することにより、この高温で、電極とダイアフラムとの間に、最初のギャップが、設定される。圧力変換装置が、冷却されるにつれて、圧力変換装置の部材は、収縮し、ギャップが、変化される。圧力変換装置の複数の部分が、予測可能な方法で、所定の既知の位置へと収縮される限り、前記ジョイント６５３が形成されるときに、冷却の効果を考慮して最初のギャップを適切に設定することにより、所望のギャップが、冷却された圧力変換装置で得られ得る。しかしながら、変換装置の複数の部分が、冷却中に曲げられる場合、所望のギャップは、達成され得ない。形成中、曲げや他の一時的な効果を制限することは、ギャップを制御するために重要である。作動中も、圧力変換装置は、温度変化にさらされる。しかしながら、この変化の範囲は、通常、形成温度の範囲よりもずっと限定され、この範囲内に良く収まるだろう。従って、圧力変換装置の温度応答が、形成中、モニターされ、制御され、相殺される場合、この温度応答は、圧力変換装置の作動中も予測可能である。
【００７２】
前記グルーブ６５５は、前記変換装置６００が、形成中あるいは作動中に温度変化にさらされるときに、前記ディスク部分６５４の形状、並びに、前記圧力装置６００の複数の部分の相対的な配置の一時的な変化を減少させる。図３６は、本発明に従う、セラミックポストを有する変換装置の別の実施形態６０１を示す。さらに、図３６は、前記グルーブ６５５のようなグルーブが、存在しない場合における、温度変化に応答した前記電極ディスク６５０の曲がりを示す。前記圧力変換装置６０１が、加熱されるに従い、前記ダイアフラム６４０と電極６５４の下面との間のギャップは、金属のハウジング６４４が、セラミック電極６５４よりも速く膨張するために、増大される。また、前記センサ６０１が、加熱されるに従い、前記ポスト部分６５２は、ディスク部分６５４よりも速く加熱される。前記ポスト部分６５２は、前記ジョイント６５３を介して前記ハウジング６４４と物理的に接触しており、第１に伝導されることにより加熱される。このディスク部分６５４は、前記ハウジング６４４の側面からの放射と、前記ポスト６５２を通る伝導との両方によって加熱される。前記ポスト部分６５２が、過熱されるに従い、このポスト部分６５２は、前記ディスク６５４よりも速く膨張し、中心部で、矢印６６１で示される外向きの方向へと、前記ディスク６５４に圧力を作用する。応力に応答して、前記ディスク６５４は、曲げられ、前記ディスク６５４の外側エッジが、図示され、矢印６６２で示されるように下方に移動される。従って、図１６のような２重の電極の設計で、外側の電極は、内側の電極に対して、前記ダイアフラム６４０の近くへと移動される。圧力変換装置６０１が、冷却されるに従って、逆の効果が、生じる。つまり、前記ポスト部分６５２が、冷却されるに従って、前記ディスク６５４よりもはやく収縮し、前記ディスク６５４をその中心部の周囲で内向きに引っ張る。応力に応答して、前記ディスク６５４は、曲げられ、この結果、このディスク６５４の外側エッジは、上向きに移動される。この曲がりは、圧力変換装置６０１の平面排除を減じさせ、観察される容量、従って、圧力の測定のゆがみを生じさせる。圧力変換装置が、一時的な状態にあるとき、温度効果は、平面的でなくなるが、圧力変換装置が、いったん均一に加熱された後は、この効果は、消失する。
【００７３】
前記グルーブ６５５は、この問題を軽減する。一時的な状態中、前記グルーブ６５５は、前記ポスト部分６５２からの、前記ディスク部分６５４における径方向かつ内向きあるいは外向の引っ張りを減少させ、容量をゆがめる曲げの効果を減少させ又は排除する。グルーブの様々な好ましい位置並びにディメンジョンは、有限要素法によって決定され得る。例えば、１．６インチの直径並びに０．２インチの厚さを有する電極と、０．２５インチの直径を有するポストとについて、前記グルーブ６５５は、好ましくは、０．１インチの深さと、０．１インチの幅とを有する。
【００７４】
前記ディスク部分６５４は、好ましくは、円形であるが、正方形又はその他の所定の形状であり得る。前記ロッド６５２は、金属で被覆されて、導電パスを形成し得、あるいは、ニッケルと鉄とコバルトとの合金であるＫｏｖａｒのような、低膨張金属合金によって形成され得る。前記ハウジング６１４とダイアフラム６４０とは、典型的に、各々、Ｉｎｃｏｎｅｌとステンレススチールとのような金属である一方で、他の部材は、典型的に、セラミック又はガラスである。
【００７５】
低熱膨張係数のプラグ
図３７は、本発明の別の実施態様に従う、（図３４で示される）容量型圧力センサ７０１の一部分７００を示す。このセンサ７０１は、第１のハウジング部材７１４と第２のハウジング部材７１６との間に溶接されているダイアフラム７１２を有する。前記ハウジング部材７１６は、チャンバ７１９中へと流体を収容するための開口７１８を有する。
【００７６】
電極７２０が、前記ダイアフラム７１２の、流体が収容される側とは別の側に設けられている。前記電極７２０は、導電材によって形成され得、あるいは、より好ましくは、セラミックディスクのような誘電体ディスクを有し、この誘電体ディスクは、この誘電体ディスクの一面に形成され、ダイアフラム７１２に対面した導電フィルム７２６を有する。前記電極７２０は、支持ポスト７２２に接続され、好ましくは、セラミックによって形成され、この支持ポストは、前記ハウジング部材７１４の開口７２４へと上方に向かって延びている。
【００７７】
また、図３８を参照すると、前記ハウジング部材７１４は、好ましくは、ハブ７２８と、複数のスポーク７３０とを有する。しかしながら、前記ハウジング部材７１４は、代わって、前記ハブ７２８の代わりにアパーチャを有する実質的に中空でない電極装着部材を有し得る。ロッド７２２が、前記ハブ７２８の中央の開口７２４中へと延びている。前記ロッド７２２は、留め具、接着剤、又は、その他のジョイント材によって前記ハブ７２８に取着され得る。電気的なリード部材７３２が、複数の前記スポーク７３０間を、前記電極７２０へと延び、前記導電フィルムに電気的な信号を与える。代わって、前記リード部材７３２は、前記ロッド７２２を通って、あるいは、中空でない電極装着部材のアパーチャを通って延び得る。
【００７８】
本発明のこの態様の第１の実施形態で、図３７に示されるように、低熱膨張係数（ＴＣＥ）のプラグ７３６が、前記開口７２４内のハウジング部分７１４に接続され固定されている。前記プラグ７３６は、好ましくは、ハウジングに対して低い熱膨張係数を有する。前記プラグ７３６は、好ましくは、前記ロッド７２２の熱膨張係数よりも小さい、あるいは、これと等しい熱膨張係数を有し得る。前記プラグ７３６は、複数の異なった形態を有し得る。ここで示されるように、前記プラグ７３６は、大きい方の直径部分と、小さい方の直径部分とを有し、前記ハウジング部材７１４に設けられている肩部を規定する。前記プラグ７３６は、ガラス、溶接、焼きばめ、又は、このプラグ７３６を定位置に固定するためのその他の方法によって、前記ハウジング部材７１４にしっかりと接続され得る。
【００７９】
簡単にいうと、前記プラグ７３６は、典型的な形成並びに作動状況において、比較的厳密なギャップ制御を可能にする。圧力装置がさらされている温度が、変化されるとき、低膨張係数を有する前記プラグ７３６は、センサが、加熱あるいは冷却されても、前記ハウジング７１４に対して安定に保たれる。典型的に、前記センサが、冷却されるとき、前記プラグ７３６は、線７３８によって示されるように、ハウジングの径方向かつ内向きの移動を妨げ、前記ポスト７２２が前記ハウジング７１４に接続されている位置で生じるモーメントに対抗するモーメントを生じさせる。
【００８０】
本発明の追加の実施形態７０１と７０２とが、図３９と図４０とに示される。図４１は、圧力変換装置７０２の一部分７０３を示し、プラグ７５３のような低ＴＣＥプラグが、存在しない場合の、温度変化の効果を図示するように描かれている。上述したように、形成中、前記ギャップは、例えば、形成用取付け装置上に前記電極７２０とロッド７２２とを配置し、前記ポスト７２２を前記ハウジング７１４中へと挿入し、そして、４５０℃までの範囲の温度で結合させることにより、前記ハウジング７１４に前記ポスト７２２を固定することによって設定され得る。圧力変換装置が、形成プロセス後、冷却されたとき、ハウジング７１５や、電極７４４と前記ポスト７４２とを有するモノリシックなＴ字形体７４１のような圧力変換装置の複数の部材は、収縮する。前記ハウジング７１５と、電極７４４と、ポスト７４２とは、冷却され、夫々の熱膨張係数並びに他の性質に応じて、異なった割合で収縮され得る。特に、前記ハウジング７１５が、金属であり、前記電極７４４とポスト７４２とが、セラミックである場合、比較的高い熱膨張係数を有する前記ハウジング７１５は、典型的に、前記電極７４４並びにポスト７４２よりも速く冷却され、収縮するだろう。典型的に、前記ハウジング７１５は、前記矢印７７０で示される方向に沿って、前記ポスト７４２の周囲で内向きに収縮するだろう。前記ハウジング７１５は、傾けられて、アパーチャの直径が、前記ポスト７４２の直径よりも小さいであろう所定の位置へと収縮する。前記ハウジング７１５が、前記アパーチャの直径が、前記ポスト７４２の直径に等しい所定の位置までいったん収縮した後、さらなる収縮は、前記ポスト７４２の存在によって妨げられる。前記ポスト７４２の剛性のため、この収縮は、前記ハウジング部材７１５が、前記ポスト７４２を保持している位置で、前記ハウジング部材７１５に、矢印７７２によって示される方向に沿って外向きの圧力を与えるだろう。引っ張りに応答して、前記ハウジング部材７１５は、反れて、その上部は、下方に曲げられ、このハウジング７１５の外壁は、図示され、矢印７７４によって示されるように、ダイアフラムに近い部分の周囲で外向きに曲げられるだろう。前記圧力変換装置７０２は、安定状態で、垂直位置へと戻され得るが、この変化は、前記電極７４４の位置を移動させて、最終的な圧力変換装置７０２の名目ギャップの大きさを変化させ、結果として圧力変換装置の精度を悪化させるだろう。
【００８１】
前記プラグ７５３のような低ＴＣＥ部材は、この傾向に対抗する。前記プラグ７５３は、前記ハウジング７１５あるいはポスト７４２よりも低い熱膨張係数を有する。前記プラグ７５３は、どちらかよりもゆっくりと収縮する。前記プラグ７５３は、７７０の方向への、前記ハウジング７１５の内向きへの収縮に対抗する。特に、前記プラグ７５３は、矢印７７６によって示される方向かつ外向きに力を作用させ、ハウジング７１５が、内向きに反れるのを防止する。ハウジングの曲がりが、減少されるため、前記プラグ７５３は、前記電極７４４の位置決めを容易にし、最終的な変換装置７０２において名目ギャップの精度を改良する。形成プロセス中の温度変化のギャップへの効果は、作動中の温度変化の効果と関連し、これを予測するものである。これら効果を制御することによって、形成パラメーターと作動パラメーターとの両方としてのセンサの精度が、改良される。
【００８２】
図３８を参照すると、本発明の別の実施形態で、低ＴＣＥ材のストリップ７４０が、前記スポーク７３０にしっかりと接続されている。前記ストリップ７４０は、前記スポーク７３０のながて方向にほぼ沿って延び得、これらスポークに溶接され得る。この金属は、例えば、Ｋｏｖａｒであり得る。前記ストリップ７４０は、好ましくは、金属で形成され得、従って、バイメタルスポークを形成する。これらストリップ７４０は、図３７、３９、４０、４１のプラグと同様な目的を果たす。
【００８３】
そして、前記ハウジング部材７１４は、環状部分と、前記ダイアフラム７１２に平行な平面にほぼ配置されている（ハブ７２８と３つのスポーク７３０とのような）所定の部分とを有する。低ＴＣＥ（好ましくは、ハウジング部材７１４のＴＣＥよりも低く、そしてまた、好ましくは、前記ディスク７２０を形成するように使用されている誘電材のＴＣＥよりも低い）の部材が、前記ダイアフラム７１２に対向した側の、ハウジング部材７１４の一部分に設けられている。
【００８４】
図３９を参照すると、所定の部材は、図３７及び３８のものが再び用いられており、別の一実施形態７０１は、モノリシックなポスト部分７４２とディスク部分７４４とを有する単一の部材７４０の下側に設けられている金属フィルムとして形成される電極を有する。前記ポスト部分７４２は、ハウジング７１４の開口７５０内で、ガラスシール７４８を用いて、前記ハウジング７１４にしっかりと接続されている。前記ディスク部分７４４は、前記ポスト部分７４２が、前記ディスク部分７４４に合している位置に形成されているグルーブ７４６を有する。このグルーブ７４６は、前記ポスト部分７４２の外径と同様な内径を有し、前記ディスク部分７４４を平らに保つのに役立つ引っ張りを緩和するチャンネルとして働く。
【００８５】
上述したような低ＴＣＥ材によって形成されるプラグ７５２が、前記開口７５０の上端部に位置する。ここで示されるように、プラグ７５２は、（ワッシャのような）中心軸に沿う孔を有する筒形環状部材として形成されており、前記ハウジング７１４内の肩部７５４に設置されている。前記プラグ７５２は、ガラスジョイント又は他の結合機構によって固定され得る。複数の追加の既知の部材が、ここで示され、これら部材は、圧力を設定し、真空が導入されるのを可能にするための開口７５６と、電極への電気的な接続のための取り付け部材７５８と、前記開口７５６をシールした後、大気から水素のような所定の分子を除去するためのゲッターキャニスター７６０とを含む。
【００８６】
図４０及び４１は、本発明に従って形成された圧力センサの追加の実施形態７０２を示す。前記圧力センサ７０２は、一体的な第１のハウジング部材７１５を有し、このハウジング部材７１５では、電極装着部分が、装置のハウジングに一体化されており、図３７及び３９でハウジング部材７１４と共に示されるような分離されているカバーの必要性が、排除されている。前記電極７４１は、ポスト部分７４２とディスク部分７４４とを有する。前記電極７４１のポスト部分７４２は、一体的な第１のハウジング部材７１５の中心部で接続されている。好ましくは、前記ポスト部分７４２は、前記ハウジング部材７１５の下面のレース中へと延ばされている。前記電極７４１は、随意選択で、前記ディスク部分７４４における引っ張りを減少させるための（例えば、図３９に示されるようなグルーブ７４１のような）グルーブを有する。前記ポスト部分は、ガラスプラグ７４８によってハウジング部材７１５に固定され得る。低ＴＣＥプラグ７５３は、温度変化のためのセンサ７０２の複数の部分の相対的な位置の一時的な変化を減少させる。前記低ＴＣＥプラグ７５３は、前記ダイアフラム７１２から離れた側であり、前記電極７４１のポスト部分７４２を保持している前記レースに対向した、前記ハウジング部材７１５の上面に位置されている。好ましくは、低ＴＣＥプラグ７５３は、筒形又は環状である。低ＴＣＥプラグ７５３は、前記電極７４１のポスト部分７４２のための前記プラグ７４８と同様なグラスプラグ７５５によって、前記ハウジング部材７１５に固定され得る。低ＴＣＥプラグ７５３は、上述したように、前記ハウジング７１５の径方向かつ内向きの移動に対抗する。前記第１のハウジング部材７１５は、前記電極７４１に配置されている各導電部材のための貫通接続部材７５８を有する。この貫通接続部材７５８は、ガラス又は他の絶縁材７５９によってハウジング７１５から絶縁されている。前記電極ジョイントと、低ＴＣＥ部材と、貫通接続部材との各々のための、ガラスプラグ７４８と、７５５と、７５９とは、形成プロセス中、互いに同様に形成され得る。
【００８７】
前記低ＴＣＥプラグ７３６、７５２、７５３と、ストリップ７４０とは、例えば、アルミナ若しくはマンガンケイ酸塩（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）のようなセラミック、又は、鉄とニッケルとコバルトとの合金（Ｋｏｖａｒ）のような、低ＴＣＥ金属によって形成され得る。これら材料についてのＴＣＥ値は、アルミナ（７４）、マンガンケイ酸塩（１００）、Ｋｏｖａｒ（５０乃至６０）である（ＴＣＥ値は全て、１０−７／℃で表されている）。ハウジングに有用な材料であるＩｎｃｏｎｅｌは、１３１のＴＣＥを有する。低ＴＣＥ部材を有する圧力センサは、１０ｍｉｌｌｉＴｏｒｒまでの範囲と同様に低い圧力で、作動され得る。前記プラグ７３６、７５２、７５３又はストリップ７４０は、単独の本質的な機能として、軸方向の膨張を減少させ得る。
【００８８】
本発明の実施形態を開示したが、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から離れない改良が、なされ得ることが理解されるべきである。本願に含まれる本発明の範囲から離れない所定の変化が、上述した装置でなされ得るため、上述した説明に含まれた又は添付された図面に図示された全ての事項は、説明的なものと解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されるべきではないように意図されている。ここで開示された容量型圧力変換装置は、円形の対称性を有するように示されているが、この円形の対称性は、本発明の限定ではない。本願で開示された様々な形状が、本発明の範囲から離れずに変化され得る。複数の導電プレートは、互いに異なった形状を有し得、それらの外形は、互いに対応している必要はない。複数の電極は、ハウジングに対して、又は、互いに、同心的に配置される必要はない。第２の電極は、第１の電極を囲んでいる必要はない。例えば、２つの半円形電極が、並んで配置され得る。回路への貫通接続部材を介する導電プレートの電気的な接続を可能にする導電ワイヤは、電極の導電支持部材を介するよりはむしろ、複数のスポーク間のスペースを通過して、導電プレートに直接接触され得る。誘電体プラグが、本発明の所定の態様で、電極を固着するための好ましい方法として示されているが、この電極は、例えば、接着剤によってもハブに接続され得る。また、前記導電プレートは、必ずしも、Ｐ＿ｒ主部の下面と同一平面である必要はない。例えば、前記Ｐ＿ｒ主部は、スペーサと一体化され得、このスペーサは、Ｐ＿ｒ主部とモノリシックな形態であり得る。別の設計の選択肢の特定の例が、ここで開示されているが、これら例は、例として与えられ、包括的なものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の組み立てられた変換装置の一部分を切断して示す側面図。
【図２】図１で示される装置を分解して示す側方断面図。
【図３】図１並びに２で示されるＰ＿ｘ主部の上面図。
【図４】図１並びに２で示されるＰ＿ｒ主部の上面図。
【図５】図１並びに２で示される電極の下面図。
【図６】本発明に従って形成された容量型圧力変換装置の一部分を切断して示す側面図。
【図７】図６で示される装置を、一部分を排除して示す上面図。
【図８】本発明に従って形成された容量型圧力変換装置の側方断面図。
【図９】図６ないし８で示される装置で使用される改良されたＰ＿ｒ主部の好ましい一実施形態の上面図。
【図１０】図６ないし８で示される装置で使用される改良されたＰ＿ｒ主部の好ましい一実施形態の斜視図。
【図１１】図９で示される４Ｃ−４Ｃ線に沿って得られた、図９で示されるＰ＿ｒ主部の断面図。
【図１２】図９で示される４Ｄ−４Ｄ線に沿って得られた、図９で示されるＰ＿ｒ主部の断面図。
【図１３】図６ないし８で示される電極の好ましい一実施形態の側方断面図。
【図１４】図６ないし８で示される電極の好ましい一実施形態の下面図。
【図１５】スポークが、凹形グルーブを有さないＰ＿ｒ主部を通常作動位置で示す側方断面図。
【図１６】図１５で示されるＰ＿ｒ主部の熱の作用後の側方断面図。
【図１７】本発明に従って形成されたＰ＿ｒ主部の別の一実施形態の上面図。
【図１８】本発明に従って形成されたＰ＿ｒ主部のさらに別の一実施形態の上面図。
【図１９】本発明に従って形成されたＰ＿ｒ主部のさらに別の一実施形態の上面図。
【図２０】本発明に従って形成されたＰ＿ｒ主部のさらに別の一実施形態の上面図。
【図２１】本発明の別の一実施形態に従って形成された容量型圧力変換装置の側方断面図。
【図２２】図２１で示される容量型圧力変換装置の分解図。
【図２３】本発明の好ましい一実施形態に従って形成された電極の上面図。
【図２４】２重の電極を有する、本発明の別の一実施形態に従って形成された容量型圧力変換装置の側方断面図。
【図２５】図２４で示される容量型圧力変換装置の分解図。
【図２６】本発明の好ましい一実施形態に従い形成された外側電極の上面図。
【図２７】本発明の別の一実施形態に従って形成された容量型圧力変換装置を、一部分を排除して示す上面図。
【図２８】１２Ｂ−１２Ｂ線に沿って得られた、図２７で示される容量型圧力変換装置の側方断面図。
【図２９】本発明の別の一実施形態に従って形成された容量型圧力変換装置を、一部分を排除して示す上面図。
【図３０】１３Ｂ−１３Ｂ線に沿って得られた、図２９で示される容量型圧力変換装置の側方断面図。
【図３１】本発明の別の実施形態に従う圧力変換装置の形成のために使用される取付け装置において示される容量型圧力変換装置を、一部分を側面図で、一部分を断面図で示す図。
【図３２】図３１の１５−１５線に沿って得られた図。
【図３３】図３１の１６−１６線に沿って得られた図。
【図３４】本発明の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図３５】本発明の別の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図３６】熱応力のための電極の曲がりを示す、本発明の別の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図３７】本発明の別の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図３８】本発明の別の一実施形態に従う、低ＴＣＥ部材を有するハウジング部材の平面図。
【図３９】本発明の別の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図４０】本発明の別の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図４１】図４０で示される実施形態に従う圧力変換装置の断面図であり、熱応力のための力を示している。
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量型圧力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、組み立てられた従来技術の容量型圧力変換装置１００の一部の側方断面図である。図２は、前記変換装置１００を分解して示す側面図である。図示に便利なように、図１及び２は、本願で開示された他の図面と同様に、大きさを示すものではない。米国特許４，８２３，６０３号は、通常の形態の変換装置１００である容量型圧力変換装置を開示している。
【０００３】
簡潔にいえば、前記変換装置１００は、第１のシールされている内部チャンバ１１０と、第２のシールされている内部チャンバ１１２とを規定する主部を有する。これらチャンバ１１０、１１２は、比較的薄く、フレキシブルな導電体のダイアフラム１２０によって互いに分離されている。以下で詳細に示されるように、前記ダイアフラム１２０は、前記チャンバ１１０内とチャンバ１１２内との圧力差に応答して、反れ、へこむように設けられている。前記変換装置１００は、前記ダイアフラムの反りの量を示すパラメーターを与え、そして、このパラメーターは、差圧を間接的に示す。前記変換装置１００によって与えられる、差圧を示すこのパラメーターは、前記ダイアフラム１２０と電極１３０との間の電気容量である。
【０００４】
前記変換装置１００は、Ｐ＿ｘカバー１４０と、Ｐ＿ｘ主部１５０とを有する（以下で説明するように、用語「Ｐ＿ｘ」は、未知の圧力を表現する）。図３は、このＰ＿ｘ主部１５０の上面図である。このＰ＿ｘ主部１５０は、管状であり、（図３で図示され、図２で線１５３によって示される）中央内部アパーチャ１５２を規定する。前記Ｐ＿ｘ主部１５０の頂面は、段状にされ、前記アパーチャ１５２の周囲で延びている肩部１５４を与えている。前記Ｐ＿ｘ主部１５０は、下面１５６も有する。前記Ｐ＿ｘカバー１４０は、円形の金属シートであり、また、中央アパーチャ１４４を規定する圧力チューブ１４２を有する。前記Ｐ＿ｘカバー１４０は、前記Ｐ＿ｘ主部１５０の下面１５６に（例えば、溶接によって）取着されている。前記ダイアフラム１２０は、通常、導電材（例えば、ステンレススチール）の円形の薄いフレキシブルなシートである。上述したように、図１及び２は、大きさを示すものではなく、前記ダイアフラム１２０は、通常、前記変換装置１００の他の部材と比較して、図示されているよりもずっと薄い。前記ダイアフラム１２０は、図１で図示されているように、前記Ｐ＿ｘ主部１５０の肩部１５４に接している。前記ダイアフラム１２０の外周部分は、通常、Ｐ＿ｘ主部１５０に溶接され、Ｐ＿ｘ主部１５０の肩部１５４に固定される。
【０００５】
前記Ｐ＿ｘカバー１４０とＰ＿ｘ主部１５０とダイアフラム１２０とは、共同して、シールされた内部チャンバ１１０を規定する。前記Ｐ＿ｘカバー１４０は、前記チャンバ１１０の底面を規定し、前記Ｐ＿ｘ主部１５０は、その側壁を規定し、前記ダイアフラム１２０は、その頂面を規定する。前記チューブ１４２内の流体は、前記アパーチャ１４４を通過し、（図３で示される）前記中央アパーチャ１５２を通過し、前記チャンバ１１０中へと流れ得る。従って、前記チューブ１４２内の流体は、前記ダイアフラム１２０の下面と連通している。
【０００６】
前記圧力変換装置１００は、また、Ｐ＿ｒ主部１６０と、Ｐ＿ｒカバー１７０とを有する（以下で説明するように、用語「Ｐ＿ｒ」は、参照圧力を表現する）。図４は、前記Ｐ＿ｒ主部１６０の上面図である。このＰ＿ｒ主部１６０は、管状であり、（図４で図示され、図２で線２６３によって示される）中央アパーチャ１６２を規定する。前記Ｐ＿ｒ主部１６０の上面は、段状であり、下肩部１６４と、上肩部１６６とを与えている。この下肩部１６４は、前記アパーチャ１６２の周囲で延びており、また、前記上肩部１６６は、前記下肩部１６４の周囲で延びている。前記Ｐ＿ｒ主部１６０は、これら肩部１６４、１６６に対向した下面１６８も有する。このＰ＿ｒ主部１６０の下面１６８は、前記ダイアフラム１２０の外周部分の上面に（例えば、溶接によって）取着されている。前記Ｐ＿ｒカバー１７０は、円形の金属シートであり、また、中央アパーチャ１７４を規定する圧力チューブ１７２を有する。前記Ｐ＿ｒカバー１７０は、このＰ＿ｒカバー１７０の外周部分が、前記Ｐ＿ｒ主部１６０の上肩部１６６と接触するように、前記Ｐ＿ｒ主部１６０に（例えば、溶接によって）取着されている。
【０００７】
前記Ｐ＿ｒカバー１７０とＰ＿ｒ主部１６０とダイアフラム１２０とは、共同して、シールされた内部チャンバ１１２を規定している。前記ダイアフラム１２０は、このチャンバ１１２の底面を規定し、前記Ｐ＿ｒ主部１６０は、その側壁を規定し、前記Ｐ＿ｒカバー１７０は、その頂面を規定している。チューブ１７２内の流体は、前記ダイアフラム１２０の上面と連通している。以下で説明するように、電極１３０は、前記チャンバ１１２内に収容され、このチャンバ１１２内の流体の流れを妨げない。
【０００８】
前記電極１３０は、通常、不導（即ち、絶縁）セラミックブロックによって形成され、円筒形である。図５は、前記電極１３０の下面図である。この電極１３０の下面は、段状にされ、中央面１３５と、この中央面１３５の周囲で延びている肩部１３６とを有する。また、前記電極１３０は、（図５で図示され、図２で線１３３によって示される）アパーチャ１３２を規定している。前記電極１３０は、前記中央面１３５に（例えば、電気めっきによって）堆積されている比較的薄い導電部材１３４をさらに有する。この導電部材１３４は、図２及び５で明示されているが、図示に便利なように、図１では示されていない。前記電極１３０は、図１で示されるように、前記Ｐ＿ｒカバー１７０と、前記Ｐ＿ｒ主部１６０の下肩部１６４との間で固定されている。（図５で示されている）前記電極１３０のアパーチャ１３２は、流体が、前記電極１３０を通過して、前記ダイアフラム１２０の上面と圧力チューブ１７２との間を自由に流れることを可能にしている。前記電極１３０を前記Ｐ＿ｒ主部１６０に固定していることにより、前記導電部材１３４は、前記ダイアフラム１２０に対して離間した状態に保持されている。前記電極１３０は，通常、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間のスペースが、比較的小さく（例えば、０．０００２メートルのオーダー）なるように、位置される。
【０００９】
前記導電部材１３４とダイアフラム１２０とは、コンデンサ１３８の平行プレートを形成する。良く知られているように、Ｃ＝Ａｅ／ｄであり、ここで、Ｃは、２つの平行プレート間の容量、Ａは、これらプレート間の共通の面積、ｅは、これらプレート間の物質に基づく定数（真空について、ｅ＝１）、ｄは、これらプレート間の距離である。従って、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量は、前記ダイアフラム１２０と導電部材１３４との間の距離の関数である。前記ダイアフラム１２０が、前記チャンバ１１０と１１２との間の圧力差の変化に応答して上下に反れるのに従い、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量も、変化される。前記電極１３０（及び、前記導電部材１３４）は、好ましくは、ハウジングに対して静止状態に維持されるため、前記電極１３０は、「参照電極」と呼ばれるのがよい。どんなに短い時間であっても、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量は、前記チャンバ１１０と１１２との間の瞬間的な差圧を示す。知られた電気回路（例えば、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量の関数である共鳴周波数によって特徴づけられる「タンク」回路）が、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量を測定し、差圧を示す電気信号を与えるために使用され得る。
【００１０】
前記変換装置１００は、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量の測定を可能にするような導電体の貫通接続部材１８０を有する。この貫通接続部材１８０の一方の端部１８２は、前記電極１３０に接触している。前記貫通接続部材１８０は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０のアパーチャを通って延び、この貫通接続部材１８０の他方の端部１８４は、前記変換装置１００の外部にある。前記貫通接続部材１８０は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０のアパーチャを通って延びており、このアパーチャは、前記チャンバ１１２内の圧力を維持し、前記Ｐ＿ｒカバー１７０から前記貫通接続部材１８０を絶縁するように、例えば融解ガラスプラグ１８５によって、シールされている。前記貫通接続部材１８０は、前記導電部材１３４に電気的に接続されている。前記電極１３０は、前記電極１３０の頂面と接触している、前記貫通接続部材１８０の端部１８２と、（前記電極１３０の底面に設けられている）前記導電部材１３４との間の電気的な接続を可能としている電気めっきされた貫通孔（図示されていない）を通常有する。従って、前記貫通接続部材１８０は、前記コンデンサ１３８の一方のプレート（即ち、前記導電部材１３４）への電気的な接続を与えている。前記ダイアフラム１２０は、前記Ｐ＿ｒ主部１６０に溶接されているため、前記Ｐ＿ｒ主部１６０は、前記コンデンサ１３８の他方のプレート（即ち、前記ダイアフラム１２０）への電気的な接続を与えている。従って、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量は、前記Ｐ＿ｒ主部１６０と、前記貫通接続部材１８０の端部１８４との間に測定回路（図示されていない）を電気的に接続することによって測定され得る。実際上、前記変換装置１００の主部は、通常、接地されているため、前記コンデンサ１３８によって与えられる容量は、測定回路を単に前記貫通接続部材１８０の端部１８４に電気的に接続することによって測定され得る。
【００１１】
前記導電部材１３４は、通常、前記電極１３０の下面に、円形「リング」の形態で配置されている。さらに、従来の圧力変換装置の幾つかは、前記電極１３０に配置されている１つ以上の導電部材と、これら導電部材に電気的に接続されている対応した個数の貫通接続部材とを有する。このような変換装置は、少なくとも２つのコンデンサを与える。第１のコンデンサは、前記ダイアフラム１２０と、前記電極１３０に設けられている一方の導電部材とによって形成され、第２のコンデンサは、前記ダイアフラム１２０と、前記電極１３０に設けられている他方の導電部材とによって形成されている。知られているように、このような態様の複数のコンデンサは、変換装置においてより厳密な温度補正を与えるように有利に使用され得る。
【００１２】
作動中、前記変換装置１００は、通常、絶対圧力変換装置として使用される。この形態で、前記チャンバ１１２は、通常、真空ポンプ（図示されない）を前記圧力チューブ１７２に適用することによって最初に排気される。前記チャンバ１１２が排気された後、前記チューブ１７２は、前記チャンバ１１２内の真空を維持するようにシールされる、即ち、「はさまれて締めつけられる（ｐｉｎｃｈ ｏｆｆ）」。このようにして、前記チャンバ１１２内に「参照」圧力が、形成される。真空は、便利な参照圧力であるが、他の所定の圧力を参照圧力として使用することも、知られている。前記チャンバ１１２内の圧力は、既知の圧力即ち参照圧力であるため、前記チャンバ１１２を形成するように使用される部材（即ち、前記Ｐ＿ｒ主部１６０並びにＰ＿ｒカバー１７０）は、Ｐ＿ｒ部材（即ち、「参照圧力」部材）と表現される。参照圧力が、前記チャンバ１１２内に確立された後、前記圧力チューブ１４２は、流体ソース（図示されていない）に接続され、この流体の圧力の測定が、可能となる。このような態様で前記圧力チューブ１４２を接続することにより、圧力を測定される流体が、前記チャンバ１１０に（そして、前記ダイアフラム１２０の下面に）供給される。前記チャンバ１１０内の圧力が、未知である、即ち、測定される圧力であるため、前記チャンバ１１０を形成するように使用される部材（即ち、前記Ｐ＿ｘカバー１４０並びにＰ＿ｘ主部１５０）は、Ｐ＿ｘ部材（即ち、「未知の圧力」部材）と表現される。前記ダイアフラム１２０の中央は、前記チャンバ１１０と１１２との間の差圧に応答して、上下に反れる。前記変換装置１００は、前記ダイアフラムの反りの量の測定を可能にしており、従って、前記チャンバ１１２内の既知の圧力に対する、前記チャンバ１１０内の圧力の測定を可能にしている。
【００１３】
前記変換装置１００は、もちろん、差圧変換装置としても使用され得る。この形態で、前記圧力チューブ１４２は、第１の流体ソース（図示されない）に接続され、また、前記圧力チューブ１７２は、第２の流体ソース（図示されない）に接続される。そして、前記変換装置１００は、２つの流体の圧力間の差を測定することを可能にしている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記変換装置１００の問題の１つは、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間の零圧力差の名目上の間隔に関する。前記チャンバ１１０と１１２との間の特定の参照圧力差、例えば零の圧力差に関する前記ダイアフラム１２０と導電部材１３４との間の参照距離は、「名目距離」又は「名目ギャップ」と表現するのがよい。前記圧力変換装置１００の作動において、前記ダイアフラム１２０は、もちろん、上下に反れ、従って、前記ダイアフラム１２０と導電部材１３４との間の間隔が、変化される。しかしながら、前記変換装置１００について、一貫した正確な圧力の読み取りを与えるためには、前記ダイアフラム１２０と導電部材１３４との間に一定の名目距離を与えることが、重要である。従って、特定の圧力差に関して、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間の名目距離が、常に同じであることを確実にすることが重要である。多数の変換装置１００を製造するとき、各ユニットで、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間に同一の名目距離を一貫して与えることが、重要である。さらに、変換装置１００のいずれのユニットにおいても、名目距離が、一定に維持され、時間の経過により変化されないことが重要である。
【００１５】
前記ダイアフラムと電極との間の名目ギャップは、非常に小さく、例えば、２５から４００ミクロンの範囲にあり得る。センサは、複数の異なった材料から形成され得、これらの各々は、製造中あるいは使用において、温度の変化に応答して異なった反応をし得る。名目ギャップ並びに他の許容誤差は、非常に小さいため、温度変化のための小さな変化は、名目ギャップに重大な影響を与え得る。例えば、金属のハウジングは、第１の割合で軸方向（即ち、前記ダイアフラムの平面に垂直な方向）に延び、また、セラミックの電極１３０は、第２の割合で軸方向に延び、従って、名目ギャップが、変化され得る。
【００１６】
従来技術の変換装置１００は、一定の名目距離を維持するための弾性部材１９２を有する。この弾性部材１９２は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０と、前記電極１３０の頂面との間で圧縮されている。前記Ｐ＿ｒ主部１６０の下肩部１６４は、前記電極１３０の肩部１３６を支持している。前記Ｐ＿ｒカバー１７０は、前記Ｐ＿ｒ主部１６０に溶接されているため、前記弾性部材１９２は、下方に向かうばね力を前記電極１３０に与え、この電極１３０を、前記Ｐ＿ｒ主部１６０に対して固定位置に保持している。前記弾性部材１９２は、しばしば、「ウェーブワッシャ」（即ち、リングの面に垂直な方向に１つ以上の場所で曲げられている、Ｏ−リングタイプの金属ワッシャ）を使用することにより提供される。前記弾性部材１９２は、比較的大きなばね力（例えば、１００ポンドのオーダー）を与え、前記電極１３０を安定位置に保持している。
【００１７】
前記変換装置１００は、前記電極１３０を安定に保持しているが、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間の名目距離は、例えば、機械的又は熱的衝撃に応答して、時間の経過により少量だけ変化され得る。当業者は、前記電極１３０のような、圧縮によって定位置に保持されている部材は、時間の経過により少量の移動（時々、「クリープ」として表現される）を示し得ることを理解するだろう。このクリープは、時々、名目距離を変化させ得、従って、前記変換装置１００の精度に悪影響を与え得る。また、過剰圧力状態は、前記電極１３０の所望でない移動を生じさせ得る。前記変換装置１００の通常作動中、前記ダイアフラム１２０は、前記電極１３０に接触することはない。しかしながら、前記変換装置１００の通常の作動範囲を越えた、前記チャンバ１１０内の大きな圧力（即ち、過剰圧力）は、前記ダイアフラム１２０を前記電極１３０に接触させ得、前記弾性部材１９２を僅かに圧縮させ得る。過剰圧力状態が、解消され、前記ダイアフラム１２０が、通常の作動位置に戻されたとき、前記弾性部材１９２は、再び伸び、前記電極１３０を再度位置させる。時々、前記電極１３０の新しい位置は、過剰圧力状態以前の当初の位置と僅かに異なるだろう。このような位置のシフトは、名目距離を変化させ得、前記圧力変換装置１００の精度に悪影響を与え得る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧力変換装置における改良された電極とこの電極のための装着部材とを提供する。全体を通じて、電極及び装着部材の設計は、電極の安定性を改良する。
【００１９】
本発明の一態様で、圧力変換装置が、１つのチャンバ内にハブ・スポーク装着部材を有する。このハブ・スポークは、ダイアフラムに平行な面内で延びている形態である。参照電極が、このハブ・スポーク装着部材のハブから懸垂され、前記ダイアフラムの近くに位置されている。前記ハブ・スポーク装着部材は、前記参照電極の安定性と、名目ギャップの均一性を改良する。前記ハブ、従って、前記参照電極は、前記圧力変換装置の主部が、様々な力を受けた場合であっても、実質的に不動に保たれる。１つの利点は、前記ハブ・スポーク装着部材は、大気圧の変動のような、前記圧力変換装置の主部に作用する力から前記電極を隔離していることである。加えて、前記装着部材は、前記参照電極を位置させるための弾性部材の必要性を排除する。また、前記装着部材は、過剰圧力状態に対する変換装置の反応を改良する。前記スポークは、前記ハブの安定性をさらに改良するような凹形グルーブを有し得る。
【００２０】
本発明の別の一態様で、圧力変換装置が、導電支持部材を有する改良された参照電極を有する。この電極は、好ましくは、全体が金属である。前記電極は、誘電材によって、電極支持部材に取着されている。１つの利点は、前記電極からセラミック材を排除することによって、漂遊容量の効果を減少させることである。第２の利点は、前記電極が、ハウジングの熱膨張係数と同様な熱膨張係数を有するであろうから、前記変換装置は、熱的により安定であろうということである。また、誘電体ジョイントは、機械的な留め具よりも信頼性が高く、時間の経過に対して、前記電極の固定位置を維持する。好ましくは、スペーサが、前記電極とダイアフラムとの間の名目ギャップを設定し得る。好ましい実施形態で、前記電極は、２重の電極であり、第２の電極から第１の電極を絶縁している誘電体を有する。
【００２１】
本発明の別の一態様で、前記変換装置は、ディスク部を有する電極を有し、このディスク部は、機械的な支持を与え、ガラス、金属はんだ若しくは真鍮、セラミック、又は、ガラスセラミックのようなジョイント材を用いてハウジングに保持されている支持ポストに設けられている。前記支持ポストは、好ましくは、セラミックによって形成され、前記電極から分離された部材として形成されているロッドであり得、あるいは、単一でモノリシックなディスク及びポストの一部として形成されているポスト部であり得る。前記ポストとハウジングとの間のジョイントは、非常に強い強度を有する圧縮タイプのジョイントを形成している。このジョイントの材料は、好ましくは、小さな剛性を有し、従って、１つの利点は、このジョイントは、熱膨張のミスマッチを吸収し得ることである。このジョイントは、前記圧力変換装置が、温度変化にさらされたとき、弾性的で予測可能な方法で、このジョイントにおいて、前記ハウジングとポストとの間のひずみを緩和させ得る。また、別の１つの利点は、非常に大きな剛性を有するセラミックポストは、熱によって発生されたひずみが、前記ディスクに到達するのを阻止することである。本発明のさらに別の一態様で、セラミック電極は、前記ディスク部の一面にグルーブを有する。このグルーブも、温度変化のための熱膨張によって生成される、前記ポスト部とディスク部との間のひずみを緩和する。
【００２２】
本発明の別の一態様で、圧力変換装置が、前記ハウジングに対して、低い熱膨張係数（ＴＣＥ）を有する部材を有する。前記ハウジングは、好ましくは、金属であり、セラミックの参照電極に接続されているセラミックロッドによって、この電極を支持している。前記低ＴＣＥ部材は、前記参照電極のロッドが、前記ハウジングに接続されている位置の近くで、前記ハウジングに接続されている。前記低ＴＣＥ部材は、前記変換装置が、製造中あるいは使用中、温度変化にさらされたとき、熱の効果のためのハウジングの曲がりを防止することに役立つ。前記低ＴＣＥ部材は、前記ロッドが中で保持されている、ハウジングの開口内に、又は、この開口に対向して、しっかりと接続され得る。代わって、前記ハウジングは、ハブ・スポーク装着部材又は同様な装着部材を有し、前記ＴＣＥ部材は、前記電極及びダイアフラムに対向した側で、スポークに溶接され得る。
【００２３】
本発明のさらに他の目的及び利点は、本発明の実施形態を説明することによって本発明が示されている以下の詳細な説明によって、当業者に容易に想定されるだろう。理解されるように、本発明は、本発明から離れずに、他の異なった実施形態で実施可能であり、実施形態の幾つかの詳細部分について、様々な態様の変形が可能である。従って、図面並びに説明は、限定又は規定する意味ではなく、本質的に説明的なものとして考慮されるべきであり、本願の範囲は、請求項によって規定される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の本質及び目的の充分な理解のため、添付された図面に関連した以下の詳細な説明が、参照されるべきであり、これら図面で、同一の参照符号は、同一又は同様な部材に付されており、また、ディメンジョンは、単に例として示されている。
【００２５】
図６は、本発明に従い構成された組み立てられた変換装置２００の一部の側方断面図である。図７は、図６で示される変換装置を、一部分を排除して示す上面図である。図８は、前記変換装置２００の側方断面図である。好ましい実施形態で、前記変換装置２００を形成するように使用される幾つかの部材は、従来技術の変換装置１００で使用される部材と同一又は同様である。より明確にいえば、前記変換装置２００は、従来技術の変換装置１００で使用される部材と同様なＰ＿ｘカバー１４０と、ダイアフラム１２０と、Ｐ＿ｘカバー１７０との部材を有する。しかしながら、従来技術の装置１００で使用されるＰ＿ｒ主部１６０と、電極１３０との部材ではなく、前記装置２００は、改良されたＰ＿ｒ主部２６０と、改良された電極２３０とを有する。前記装置２００は、前記弾性部材１９２の必要性を排除している。
【００２６】
図９と１０とは、各々、改良されたＰ＿ｒ主部２６０の好ましい一実施形態の上面図と斜視図とである。図１１は、図９で示される４Ｃ―４Ｃ線に沿って得られた前記Ｐ＿ｒ主部２６０の断面図であり、図１２は、図９で示される４Ｄ−４Ｄラインに沿う前記Ｐ＿ｒ主部２６０の断面図である。図９ないし１２で示されるように、前記Ｐ＿ｒ主部２６０は、外側管状ケース即ちシェル２６２と、１つ以上のスポーク２６４と、中央ハブ２６６とを有する。前記管状ケース２６２は、図１１及び１２で示されるように、中心軸２６１に沿って延びている。前記ケース２６２は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０内の内部キャビティ又はアパーチャを規定する内面２６３を有する。好ましい実施形態で、前記スポーク２６４は、前記内面２６３から、前記軸２６１にほぼ垂直な方向に、前記ケース２６２の中心に向かって延びている。別の実施形態で、前記スポーク２６４は、前記内面２６３から、前記軸２６１に垂直でない他の方向に、前記ケース２６２の中心に向かって延び得る。前記スポーク２６４は、前記中央ハブ２６６を支持しており、前記中心軸２６１は、前記中央ハブ２６６を横断している。各スポーク２６４の一端は、前記ケース２６２の内面２６３と接触しており、また、各スポーク２６４の他端は、前記中央ハブ２６６と接触し、これを支持している。以下で詳細に述べるように、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の１つの利点は、前記中央ハブ２６６は、前記ケース２６２に対して、ほぼ静止状態即ち不動に保たれる傾向にあることである。
【００２７】
図６ないし８を再び参照すると、前記ケース２６２の上面は、好ましくは、段状であり、前記Ｐ＿ｒカバー１７０を支持するための肩部２６７を規定することが見られ得る。好ましい実施形態で、前記Ｐ＿ｒカバー１７０は、前記肩部２６７に溶接され、前記Ｐ＿ｒカバー１７０と、前記ケース２６２の頂部との間の気密シールを形成している。また、前記ケース２６２は、下面２６８を規定する。好ましい実施形態で、前記ダイアフラム１２０は、この下面２６８に溶接され、前記ダイアフラム１２０と、前記ケース２６２の底部との間の気密シールを形成している。従って、前記Ｐ＿ｒカバー１７０と、Ｐ＿ｒ主部２６０と、ダイアフラム１２０とは、共同して、シールされている内部チャンバ１１２を規定する（従来技術の装置１００のように、圧力チューブ１７２が、このチャンバ１１２内に所望の参照圧力を与えるようにシールされ得る）。
【００２８】
Ｐ＿ｘカバー１４０の上面は、好ましくは、前記ダイアフラム１２０に固定（例えば、溶接）されており、このため、このＰ＿ｘカバー１４０とダイアフラム１２０とは、共同して、（前記ダイアフラム１２０の前記チャンバ１１２に対向した側に）内部チャンバ１１０を規定する。図１及び２は、前記Ｐ＿ｘカバー１４０と、Ｐ＿ｘ主部１５０と、ダイアフラム１２０とによって形成されているようなチャンバ１１０を示すが、前記装置２００は、Ｐ＿ｘ主部１５０の必要性を排除し、このＰ＿ｒ主部１５０なしでチャンバ１１０を形成している。他の実施形態で、前記装置２００は、前記Ｐ＿ｘ主部１５０を有し得、図１及び２で図示されるのと同一又は同様な態様でチャンバ１１０を形成し得る。しかしながら、前記装置２００の好ましい実施形態で、前記Ｐ＿ｘ主部１５０は、排除されている。当業者は、図６で示される前記Ｐ＿ｘカバー１４０は、図１で示されるＰ＿ｘカバー１４０と同様であるが、厳密に同一ではないことを理解するだろう。より明確にいえば、図６で示される前記Ｐ＿ｘカバー１４０の上面は、（図１で示されるように平らではなく）スロープ即ち斜面が設けられており、このため、前記チャンバ１１０は、前記ダイアフラム１２０が、前記Ｐ＿ｘカバー１４０の上面の外周部分に固定（例えば、溶接）されたとき、前記Ｐ＿ｘカバー１４０とダイアフラム１２０との間に形成される。当業者は、図１と６とで図示される各Ｐ＿ｘカバー１４０間の相違は、前記チャンバ１１０が形成される方法と同様に、本発明にとって決定的に重要ではないことを理解するだろう。
【００２９】
前記中央ハブ２６６は、（図７で示されるように）中央アパーチャ２６５を規定し、好ましくは、ねじ２０５又は他のタイプの留め具を収容するように形成されている（例えば、ねじ山を設けられている）。ねじ２０５又は他の留め具は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の中央ハブ２６６に電極２３０を保持している。図１３は、前記中央ハブ２６６に設けられている前記電極２３０の好ましい一実施形態の側方断面図である。図１４は、前記電極２３０の、図１３の５Ｂ―５Ｂ線に沿って得られた図である。前記電極２３０は、例えば筒形又はディスク形状であり得る絶縁材（好ましくは、セラミック）のブロック２３２と、このブロック２３２の下面２３４に従来の態様で配置されている（図１４で示される）１つ以上の導電部材２３５とを有する。この実施形態で、前記絶縁ブロック２３２は、前記中央ハブ２６６の中央アパーチャ２６５に適合されるように形成されている中央アパーチャ２１０を規定する。図６及び８で示されるように、ねじ２０５は、前記ハブ２６６と絶縁ブロック２３２とを一体的に保持している。また、前記絶縁ブロック２３２は、好ましくは、ボア孔２１０よりも広く、このボア孔２１０に接続されている（図１３に示される）凹部２０８を規定し、ねじ２０５の皿穴又はカウンタボアを与える。ねじ２０５のいかなる部分も、前記導電部材２３５とダイアフラム１２０との間のスペースに入らないように、この方法でねじ２０５の皿穴又はカウンタボアを与えることは、所望である。他の実施形態で、リベット又は接着剤が、ねじ２０５に代わって使用され得る。さらに別の実施形態で、ねじ（又は、ボルト）２０５の一端は、前記アパーチャ２６５を通って延び、ナット（図示されない）が、この端部にねじ留めされ、ねじ２０５と共同して、前記ハブ２６６と絶縁ブロック２３２とを一体的に保持する。この実施形態で、前記中央アパーチャ２６５は、ねじ山を設けられ得、あるいは、設けられ得ない。
【００３０】
前記電極２３０が、前記中央ハブ２６６に（例えば、ねじ２０５によって）固定されたとき、前記絶縁部材２３２の下面２３４は、（図６及び８に示されるように）前記ダイアフラム１２０に対して離間し、このため、前記ダイアフラム１２０と、（図１４で示される）１つ以上の導電部材２３５とは、１つ以上のコンデンサ２４０を形成する。１つ以上のスペーサ２０６が、前記導電部材２３５とダイアフラム１２０との間の間隔を調節するように、前記絶縁ブロック２３２の頂面と、前記中央ハブ２６６の底面との間に配置され得る。前記スペーサ２０６は、好ましくは、ねじ２０５の通過を可能にするような中央アパーチャを規定する「リング」タイプのワッシャとして形成される。好ましい実施形態で、前記スペーサ２０６は、０．００４インチと０．００７インチとの間の厚さであり、ステンレススチールから形成され、２つ以下の個数で使用される。
【００３１】
導電部材２３５が、図１４で示されるように、比較的薄いリングとして配置され得る。代わって、１つ以上の他のタイプの導電部材が、前記絶縁ブロック２３２の下面２３４に配置され得、各導電部材とダイアフラム１２０とによって形成される容量は、前記ダイアフラム１２０と導電部材との間の距離を示す。
【００３２】
前記変換装置２００の好ましい実施形態で、前記絶縁ブロック２３２は、その中心部分のみを前記ハブ２６６に固定されることにより設けられている。前記絶縁ブロック２３２の外周部分は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０のケース２６２から離間し、これに接触しておらず、このため、ギャップ２０９が、前記ケース２６２と絶縁ブロック２３２との間に与えられている。これは、前記セラミック電極１３０の外周部分の全体が、前記Ｐ＿ｒ主部（及び、弾性部材１９２）によって支持されている従来技術の変換装置１００と対照的である。以下でより詳細に示されるように、これは、前記電極２３０の安定性を改良する。
【００３３】
前記スポーク２６４、中央ハブ２６６並びに電極２３０は、全て前記内部チャンバ１１２内に配置されている。しかしながら、これら部材は、前記ダイアフラム１２０とＰ＿ｒカバー１７０との間の流体の圧力の伝達を妨げない。上述したように、前記電極２３０は、前記中央ハブ２６６に設けられており、（図８で示される）前記ギャップ２０９は、前記ケース２６２と電極２３０との間に与えられている。前記ギャップ２０９は、流体が、前記電極２３０の周囲を流れることを可能にしており、従って、従来技術の電極１３０の（図５で示される）アパーチャ１３２の必要性を排除する。このため、前記電極２３０は、従来技術の電極１３０よりも、形成するのが、より簡単であり、より安価である。また、前記スポーク２６４も、大きなアパーチャが、隣り合ったスポーク間に存在しているため、前記チャンバ１１２内の流体の流れを妨げない（即ち、連続している平らな円形シートではなく、分離されている複数のスポークが、前記中央ハブ２６６を支持するように使用されているため、前記中央ハブ２６６のためのこの支持部材は、前記チャンバ１１２内の流体の流れを妨げない）。
【００３４】
前記変換装置２００は、前記導電部材２３５への電気的な接続のための導電体の貫通接続部材２８０を有する。この貫通接続部材２８０の一端２８２は、前記絶縁ブロック２３２の上面と接続されている。前記貫通接続部材２８０は、（図７で示されるように）複数のスポーク間のスペースを通り、そして、前記Ｐ＿ｒカバー１７０のアパーチャを通って延びている。前記貫通接続部材２８０の他端２８４は、前記変換装置２００の外部にある。従来技術の変換装置１００のように、前記貫通接続部材２８０は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０のアパーチャを通って延びており、このアパーチャは、前記チャンバ１１２内の圧力を維持し、前記Ｐ＿ｒカバー１７０から前記貫通接続部材２８０を絶縁するように、（例えば、ガラスプラグ１８５によって）シールされている。前記貫通接続部材２８０の下端２８２は、従来の態様で（例えば、前記端部２８２から導電部材２３５へと、前記絶縁ブロック２３２のエッジ部を通過して延びている又はこのエッジ部の周囲で延びている、電気めっきされているアパーチャを通って）前記導電部材２３５に電気的に接続されている。前記貫通接続部材２８０は、前記コンデンサ２４０の１つのプレート（即ち、導電部材２３５）に電気的に接続されており、前記Ｐ＿ｒ主部２６０は、前記コンデンサ２４０の他のプレート（即ち、ダイアフラム１２０）に電気的に接続されている。追加の貫通接続部材が、好ましくは、前記絶縁ブロック２３２の表面２３４に配置されている各追加導電部材に与えられている。前記貫通接続部材２８０は、好ましくは、前記電極２３０に構造的な支持を与えることなく、前記電極２３０に接触している。むしろ、前記電極２３０のための構造的な支持は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の中央ハブ２６６によって与えられている。
【００３５】
上述したように、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の１つの利点は、前記中央ハブ２６６は、前記ケース２６２に対して、ほぼ静止状態即ち不動に保たれる傾向にあることである。つまり、前記スポーク２６４は、前記中央ハブ２６６のための安定な装着部材となっている。前記中央ハブ２６６は、前記ケース２６２に対して、ほぼ静止状態即ち不動に保たれるため、前記電極２３０は，前記ダイアフラム１２０の名目位置に対して、ほぼ静止状態に保たれる。従って、前記装置２００は、有利なことに、前記電極２３０とダイアフラム１２０との間に、ほぼ一定の名目距離を与える。
【００３６】
前記中央ハブ２６６が、前記ケース２６２に対してほぼ静止状態に維持される１つの理由は、前記装置２００内の弾性力の排除、又は、減少に関する。上述したように、従来技術の変換装置１００は、前記電極１３０の位置を維持するように、前記弾性部材１９２を圧縮した結果生じるばね力を使用している。従って、従来技術の装置１００の電極１３０には、時間の経過により、「クリープ」即ち移動が生じる。改良された変換装置２００は、このような弾性部材でなく、前記スポーク２６４を使用して、前記中央ハブ２６６の位置を固定するため、このハブ２６６は、安定な装着プラットホームを形成する。そして、前記装置２００は、ねじ２０５（又は、リベット、接着剤、溶接接続、他のタイプの留め具）のような留め具を使用し、前記電極２３０を前記中央ハブ２６６の安定な装着プラットホームに確実に保持している。前記電極２３０は、前記中央ハブ２６６の安定で静止した性質のため、静止状態に保たれる。
【００３７】
前記スポーク２６４は、好ましくは、一体的な部材によって形成されている。通常状態（即ち、前記装置２００の通常の作動温度）で、前記スポーク２６４は、好ましくは、いかなる引っ張りも、圧縮も受けない。従来技術の装置１００は、（弾性部材１９２の圧縮の結果生じる）比較的大量の蓄積エネルギー即ちポテンシャルエネルギーによって特徴づけられているのに対して、改良された変換装置２００の蓄積エネルギーの量は、零又は非常に零に近い。蓄積エネルギーが、前記装置２００内に存在しない、又は、減少されているために、前記中央ハブ２６６と電極２００とを含む前記装置２００の全ての部材は、時間の経過に対して、ほぼ静止状態かつ安定に保たれる傾向にある。
【００３８】
前記中央ハブ２６６は、前記装置２００の通常の作動状態で、静止状態に保たれる傾向にあるが、幾つかの実施形態で、前記ハブ２６６は、前記装置２００が、機械的又は熱的な衝撃又はストレスを受けたとき、いくらか移動され得る。例えば、前記装置２００の過熱あるいは冷却は、前記スポーク２６４の熱的な膨張あるいは収縮を生じさせる。このような熱的な膨張あるいは収縮は、各々のスポークを、圧縮あるいは引っ張り状態にさせ得、これらスポーク２６４の圧縮力あるいは伸張力は、前記中央ハブ２６６の変位を生じさせ得る。図１５は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の側方断面図であり、前記ケース２６２と、スポーク２６４と、中央ハブ２６６との全てを、通常の作動位置で示す。図１６は、熱の適用後の図１５に示されるＰ＿ｒ主部２６０の側方断面図である。加熱により、前記スポーク２６４の熱膨張が生じ、この結果、前記中央ハブ２６６の上方への変位（又は反り）を生じさせる。
【００３９】
熱的又は機械的な衝撃又はストレスによって生じるこのような変位を減少させるため、前記装置２００の好ましい実施形態で、前記スポーク２６４は、凹形グルーブ２６９を有する。図９、１０、１２で示される実施形態で、各々のスポーク２６４は、２つの凹形グルーブ２６９を有する。図７で、１つのスポーク２６４は、２つの凹形グルーブを有するとして示される。図示に便利なように、図７の２つのスポーク２６４は、凹形グルーブを有しないものとして示されるが、当業者は、これらスポークの各々は、好ましくは、凹形グルーブを有することを理解するだろう。前記凹形グルーブ２６９は、前記スポーク２６４が、圧縮あるいは引っ張り状態にあるときであっても、前記中央ハブ２６６の安定位置を維持することを、可能にしている。つまり、前記凹形グルーブ２６９は、各々のスポーク２６４が、圧縮あるいは引っ張りを受けたとき、変形されることを、可能にしている。各スポーク２６４は、好ましくは、適合即ち補足凹形グルーブ２６９を有する（即ち、１つのスポークの凹形グルーブは、別のスポークの凹形グルーブに適合している）。全てのスポーク２６４は、補足凹形グルーブ２６９を有するため、１つのスポークの変形は、他のスポーク２６４で生じる変形と適合する、即ち、これを補足する。全てのスポーク２６４で生じる補足変形によって、前記中央ハブ２６４は、熱的又は機械的な衝撃又はストレスが存在する場合であっても、通常の作動位置に安定に保たれる。
【００４０】
図９、１０、１２で示される実施形態で、各々のスポーク２６４は、２つの長方形の補足凹形グルーブを有する。当業者は、他の実施形態で、他のタイプの凹形グルーブが，使用され得ることを理解するだろう。例えば、凹形グルーブの形状は、決定的に重要ではなく、長方形でなく、他の形状によって特徴づけられ得、例えば、半円形又は三角形であり得る。さらに、スポーク毎に２つの凹形グルーブでなく、他の個数のグルーブが、与えられ得る。好ましい実施形態で、各スポークは、少なくとも２つの凹形グルーブを有する。当業者は、有限要素分析が、本発明で使用され得る凹形グルーブの他のパターンを計算するように使用され得ることを理解するだろう。
【００４１】
図９ないし１２で示されるＰ＿ｒ主部２６０の好ましい実施形態は、３つのスポーク２６４を有する。各々のスポークは、まっすぐであり、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の中央軸２６１にほぼ垂直な方向に延びている。しかしながら、当業者は、他のパターンのスポークが、本発明で使用され得ることを理解するだろう。図１７、１８、１９、２０は、前記スポーク２６４の別の実施形態を示す。図１７は、３つのスポークの形態を示し、各々のスポーク２６４は、まっすぐではなく、むしろ、曲がっている。図１８、１９、２０は、４つ、２つ、１つのスポークの形態を示す。前記Ｐ＿ｒ主部２６０は、好ましくは、２つ以上のスポーク２６４を有するが、１つのスポークの実施形態（その一例が、図２０で示される）も、本発明の範囲に含まれる。図１７、１８、１９で示される全ての形態で、各々のスポークは、好ましくは、凹形グルーブ（図示されない）を有する。
【００４２】
熱的又は機械的な衝撃又はストレスの存在下で、改良された安定性を与えることに加えて、前記Ｐ＿ｒ主部２６０のスポークの設計は、過剰圧力状態下でも改良された安定性を与える。例えば、図６ないし８を参照すると、過剰圧力状態は、前記ダイアフラム１２０を前記電極２３０に接触させ、これを移動させ得る。前記スポーク２６４は、上方に弾性的に反れ、前記電極２３０のこのような変位を可能にする。しかしながら、過剰圧力状態が、解消されたとき，前記スポーク２６４は、当初の作動位置に戻る傾向にあり、従って、前記電極２３０を所望の通常作動位置へと戻す。凹形グルーブを用いてあるいは用いずに、前記Ｐ＿ｒ主部２６０のスポークの設計は、過剰圧力状態下で、改良された性能を与えている。従来技術の装置１００の弾性部材１９２は、過剰圧力状態に続いて、前記電極１３０を再設置（即ち、移動）させ得るのに対して、前記Ｐ＿ｒ主部２６０のスポーク２６４は、常に、過剰圧力状態に続いて前記電極２３０を当初の所望の通常作動位置に戻す傾向にある。
【００４３】
前記Ｐ＿ｒ主部２６０（前記ケース２６２と、スポーク２６４と、中央ハブ２６６とを有する）は、好ましくは、モノリシックな（即ち、一体的な）金属構造体である。前記Ｐ＿ｒ主部を形成する１つの好ましい方法は、押し出し成形によるものである。モノリシックな構造が、好ましい一方で、当業者は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０は、代わって、分離されている部材によって形成され得ることを理解するだろう。
【００４４】
好ましい実施形態で、前記Ｐ＿ｘカバー１４０、Ｐ＿ｒ主部２６０、Ｐ＿ｒカバー１７０、ハブ２６６、スポーク２６４並びにスペーサ２０６は、全て、同じ金属（例えば、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、ニッケルと鉄とクロムとの合金）によって形成されている。前記絶縁ブロック２３２は、好ましくは、アルミナ又はフォルステライト（即ち、マグネシウムケイ酸塩）によって形成されている。
【００４５】
１．金属電極
図２１は、本発明に従って形成された別の容量型圧力変換装置４００の一部の側方断面図である。図２２は、前記装置４００の分解図である。（例えば、図６、７、８で示される）前記装置２００のように、前記装置４００は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０と、Ｐ＿ｒカバー１７０と、Ｐ＿ｘカバー１４０と、ダイアフラム１２０とを有する。前記装置４００は、前記Ｐ＿ｒ主部２６０のハブ２６６によって支持されている電極も有する。しかしながら、前記電極２３０を使用せずに、前記装置４００は、異なったタイプの電極４３０を有する。図２３は、前記電極４３０の上面図である。この電極４３０は、全体が金属である（即ち、前記電極１３０又は２３０と異なり、前記電極４３０は、絶縁の、即ち、セラミックの部分を有していない）。前記電極４３０は、ディスク形状の導電プレート４３１と、筒形導電支持ロッド４３２とを有する。このロッド４３２は、前記プレート４３１に接続されており、このため、前記電極４３０は，図２１及び２２で示されるように逆Ｔ字形で特徴づけられている。前記ロッド４３２は、前記プレート４３１に溶接され又は他の方法で固定され得、あるいは代わって、前記ロッド４３２とプレート４３１とは、１つのモノリシックな金属構造体として形成され得る。前記電極４３０は、前記ロッド４３１が、前記ハブ２６６によって規定される中央アパーチャ２６５を通って延びているように、前記装置４００内に設けられている。絶縁誘電体４５２、例えば、ガラスが、前記ハブ２６６に対して前記ロッド４３２を保持するように使用されている。
【００４６】
前記装置４００は、幾つかの利点を有する。第１に、前記電極からセラミック材を排除して、漂遊容量の効果を減少させることにより、前記装置４００の性能を改良している。導電プレートが、絶縁セラミックディスクに配置されている（図１に示される）前記電極１３０のような、従来技術の電極で、セラミック材の存在は、ダイアフラムと導電プレートとの間で測定される容量に所望でない悪影響を与える、金属ハウジング部分と導電プレートとの間の比較的大きな漂遊容量を生じさせる傾向にある。つまり、その高い誘電率のため、セラミック材は、周囲の金属ハウジングと導電プレートとを実際よりも互いにより近く見せる傾向を有する「拡大効果（ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）」を生じさせ、このため、漂遊容量は、比較的大きくなる。これら漂遊容量は、圧力変換装置の感度を減少させる。電極からセラミック材を排除したことは、この「拡大効果」を排除し、従って、前記装置４００が、前記ダイアフラムと導電プレート４３１との間の距離をより精密に測定することを可能としている。
【００４７】
第２に、電極からセラミック材を排除したことは、前記変換装置４００の熱的な安定性を改良する。セラミックの熱膨張係数と金属のそれとは、互いに等しくない。従って、従来技術の装置１００を加熱した場合、前記Ｐ＿ｒ主部は、前記電極１３０のセラミックよりも、（他の全ての方向と同様に）垂直方向により速く膨張する。即ち、前記装置１００を過熱した場合、前記導電部材１３４とダイアフラム１２０との間の距離が、増大される。前記装置１００のダイアフラム１２０と導電部材１３４との間の距離は、温度変化に応答して変化され得るため、前記装置１００は、熱的に安定ではない（即ち、理想的には、前記ダイアフラム１２０と電極との間の距離は、前記チャンバ１１０と１１２との間の圧力差のみに応答して変化される）。前記装置１００と対照的に、前記装置４００で、前記電極４３０は、セラミック材を有さず、全体が金属材である。このため、前記電極４３０の熱膨張係数が、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の熱膨張係数に適合されることが可能になっており、従って、前記装置４００の熱的な安定性が、改良されている（即ち、前記ダイアフラム１２０と、前記プレート４３１の下面との間の距離は、温度の変化に応答して変化される傾向を有さない）。好ましい実施形態で、前記Ｐ＿ｒ主部２６０と電極４３０とは、共に、同じ材料（例えば、Ｉｎｃｏｎｅｌ）により形成されている。
【００４８】
第３に、前記誘電体プラグ４５２は、機械的ねじ又は他の機械的留め具よりも、前記電極４３０をより確実に保持している。ねじ又は他の機械的留め具は、時間の経過により、ゆるめられ、移動され、又は、その他の変化が生じ得るのに対して、前記誘電体プラグ４５２は、非常に長い期間、安定に保たれ、変化されない傾向にあり、従って、前記電極４３０を前記ハブ２６６に対して固定位置に確実に保持している。幾つかの実施形態で、前記装置４００のハブ２０６は、ねじタイプの留め具を収容するように、ねじ山を設けられ得る。しかしながら、このようなねじ山は、前記装置４００では必要ない。
【００４９】
第４に、前記電極４３０は、前記装置４００内の所定の位置において（即ち、前記ハブ２６６において）、前記装置４００に固定されているため、前記誘電体プラグ４５２は、気密シールを形成する必要がない。これは、（例えば、米国特許５，４４２，９６２号で開示されているように）電極を装置に留める誘電材が、外部環境と装置の内部チャンバとの間の気密シールも形成している従来技術の装置と対照的である。このような従来技術の装置で、気密シールを形成する必要性から、通常、誘電材を選択しなければならず、ガラスシール合金が、通常使用される。ガラスシール合金は、（１）選択肢が、従って（熱膨張係数のような）性質の範囲が、限られており、（２）比較的高価であり、（３）（鉄を有するため）腐食され得るために、不利である。また、ガラスシール合金は、融解させることが困難である。この特性は、電極を保持するためにガラスシール合金を使用する従来技術の装置において、電極を精密に位置決めすることを困難にし、また、装置の製造費用を増大させている。前記装置４００の誘電体プラグ４５２は、気密シールを形成する必要がないため、前記プラグ４５２を形成するように使用される材料は、主に、使用の容易さ、並びに、電極４３０を安定位置に保持する能力に関して選択され得、この選択は、シールを気密にする必要性のために、妥協される必要はない。前記誘電体プラグ４５２を形成するのに好ましい材料は、特に、Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｏｆ Ｍｉｌｆｏｒｄ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔによって供給されるようなドーピングガラス、ＣｅｒａｍＴｅｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｅｗ Ｌｅｂａｎｏｎの一部門であるＣｅｒａｍａｓｅａｌ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋによって供給されるようなセラミックである。
【００５０】
上述された前記Ｐ＿ｒ主部２６０、Ｐ＿ｒカバー１７０、Ｐ＿ｘカバー１４０、ダイアフラム１２０、並びに、電極４３０に加えて、前記変換装置４００は、スペーサ４５０と、導電体の貫通接続部材４８０と、ガラスプラグ４８５と、導電ワイヤ４８６とをさらに有する。前記貫通接続部材４８０は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０に規定されたアパーチャを通って延びている導電ピンである。前記貫通接続部材４８０の一端４８４は、前記装置４００の外部にあり、また、他端４８２は、前記装置４００の内部にある。前記ガラスプラグ４８５は、前記貫通接続部材４８０を、前記Ｐ＿ｒカバー１７０に対して定位置に保持し、前記貫通接続部材４８０を前記Ｐ＿ｒカバー１７０から絶縁している。前記導電ワイヤ４８６は、前記ロッド４３２の上端部と、前記貫通接続部材４８０の内部の端部とに物理的に接続され、従って、前記貫通接続部材４８０を前記導電プレート４３１に電気的に接続している。別の実施形態で、前記導電ワイヤ４８６は、ばねによって代えられ得る。そして、外部回路が、前記貫通接続部材４８０の外部の端部４８４に接続されることにより、前記プレート４３１に電気的に接続され得る（即ち、前記ダイアフラム１２０とプレート４３１とによって形成されるコンデンサの容量を測定する）。
【００５１】
（前記電極４３０を定位置に保持している）前記誘電体４５２と異なり、前記ガラスプラグ４８５は、気密シールを形成する。しかしながら、前記貫通接続部材４８０は、前記電極４３０について要求されるような高い精度で、位置決めされる必要はないため、前記プラグ４８５を形成することは、比較的容易である。
【００５２】
前記スペーサ４５０は、環状であり、Ｐ＿ｒ主部２６０の下面２６８と、ダイアフラム１２０の上面との間に配置されている。このスペーサ４５０は、通常、前記主部２６０の下面２６８と、前記ダイアフラム１２０とに溶接されている。前記Ｐ＿ｒカバー１７０と、Ｐ＿ｒ主部２６０と、スペーサ４５０と、ダイアフラム１２０との全ては、共同して、シールされている前記内部チャンバ１１２を規定する。前記Ｐ＿ｘカバー１４０とダイアフラム１２０とは、共同して、前記内部チャンバ１１０を規定する。
【００５３】
前記導電プレート４３１と、ダイアフラム１２０とは、共に、センサーコンデンサ４３８を形成している。前記導電プレート４３１の下面は、好ましくは、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の下面２６８と同一平面となるように配置されている。前記プレート４３１の下面と、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の下面２６８とが、同一平面であるとき、前記ダイアフラム１２０とプレート４３１との間の名目ギャップは、前記スペーサ４５０の厚さによって完全に決定される。前記スペーサ４５０の厚さの好ましい値は、約０．００１インチと約０．０２０インチとの間の値である。前記スペーサ４５０を形成するのに好ましい材料は、例えば、Ｉｎｖａｒ（登録商標）、Ｋｏｖａｒ（登録商標）、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）である。
【００５４】
前記電極４３０を前記Ｐ＿ｒ主部２６０に取着させる１つの好ましい方法は、（１）前記プレート４３１の下面を平らな面（例えば、平らなテーブル）に配置し、（２）前記ロッド４３２が、前記ハブ２６６を通って延び、このハブ内の中心に位置するように、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の下面２６８を同一の平らな面に配置し、（３）前記電極４３０とＰ＿ｒ主部２６０とが、上述したように位置されている状態で、前記誘電体プラグ４５２を形成するという方法である。前記電極プラグ４５２は、前記ハブ２６６とロッド４３２との間に誘電材を配置し、装置を加熱してこの誘電材を融解させ、その後、この誘電材が、冷却され、凝固されることを可能にすることによって形成され得る。
【００５５】
図２１及び２２で示されるように、前記スポーク２６４は、管状ケースの内面２６３、即ち、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の側壁２６２から延びている。前記スポーク２６４は、前記内面２６３から延びており、この内面２６３は、好ましくは、垂直、つまり、前記中心軸２６１に平行である。前記ケース２６２の内面２６３と外面との両方は、好ましくは、垂直、つまり、前記中心軸２６１に平行である。通常、気圧の効果は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０のような、容量型変換装置のハウジングの充分に支持されていない部分で最大となり、また、変換装置が、非常に低い圧力で作動されている場合に最大化される。（例えば、上で参照された米国特許５，４４２，９６２号で開示されているように）電極が、比較的薄い水平なカバーに固定されている従来技術の装置で、気圧の変化は、好ましくないことに、ダイアフラムと電極との間の名目ギャップを変化させ得る。前記装置４００のＰ＿ｒ主部２６０の垂直なケース２６２は、好ましくは、比較的厚く（例えば、０．２５インチ）、さらに前記スポーク２６４によって支持され、従って、非常に丈夫で頑丈であり、気圧の変化に対して比較的耐性（ｉｍｍｕｎｅ）がある（即ち、気圧の変化に応答して、探知可能なほど反れない又は曲がらない）。従って、前記装置４００のＰ＿ｒ主部２６０は、容量型圧力装置の外面への気圧の効果から電極４３０を隔離している。前記電極４３０が設けられているハブ２６６が、ハウジングの内部にあり、また、前記Ｐ＿ｒカバー１７０よりも強固で、気圧の変化に対して影響をより受けないハウジングの垂直部分に好ましくは固定されているため、前記電極４３０は、外部の圧力変化から隔離されており、前記装置４００の安定性は、増大されている。安定性を更に増大させるため、前記容量型圧力装置４００も、前記スポーク２６４に、（例えば、図１０で示されるような）前記装置２００に関して上述したタイプ２６９の凹形グルーブを有する。別の実施形態で、前記電極４３０は、ハブ・スポークタイプの電極装着部材の変形例から懸垂され得る。例えば、電極装着部材は、前記Ｐ＿ｒケース２６２から前記チャンバ１１２の中央部へと延び、アパーチャを規定する電極装着部材であり得、改良された電極４３０は、絶縁材のプラグを用いて、前記アパーチャ内で装着部材に接続されている。
【００５６】
図２４と２５とは、各々、本発明に従い構成された容量型圧力変換装置５００の別の実施形態の側方断面図と分解図とである。この装置５００は、前記装置４００に非常に似ている。しかしながら、（前記装置４００の場合のように）１つの電極４３０のみを有する代わりに、前記装置５００は、２つの電極、即ち、第１の電極４３０と第２の電極５３０とを有する。これら第１の電極４３０と第２の電極５３０とは、好ましくは、図２４及び２５で示されるように、内電極と外電極として配置されている。図２６は、前記第２の電極５３０の上面図である。
【００５７】
前記第２の電極５３０は、環状の平らな導電プレート５３１と、導電体のカップ形状の水平支持部材５３３と、導電体の管状の支持部材５３２とを有する。前記電極４３０のように、第２の電極５３０は、好ましくは完全に金属である。前記プレート５３１と、水平支持部材５３３と、管状支持部材５３２との全ては、導電体の１つのモノリシックな構造体として形成され得、あるいは代わって、これら部材は、分離して形成され、互いに溶接又はその他の方法で接続され得る。
【００５８】
前記装置５００で、前記第２の電極５３０は、前記第１の電極４３０を囲んでいる。前記第２の電極の導電プレート５３１の下面は、前記第１の電極の導電プレート４３１の下面と同一平面であり、この下面を囲んでいる。前記管状支持部材５３２は、軸２６１に沿って前記第１の電極の支持部材４３２を囲み、この支持部材４３２と共軸で延びている。
【００５９】
第２の電極に加えて、前記装置５００は、また、２つの誘電体支持部材５５２、５５４と、導電体の第２の貫通接続部材５８０と、第２のガラスプラグ５８５と、第２の導電ワイヤ５８６とを有する。前記第２の貫通接続部材５８０は、前記Ｐ＿ｒカバー１７０の第２のアパーチャを通って延びている。第２のガラスプラグ５８５は、前記カバー１７０に対して前記貫通接続部材５８０を保持し、また、前記カバー１７０から前記貫通接続部材５８０を絶縁している。前記ワイヤ５８６は、前記管状支持部材５３２の上端部を、前記装置５００の内部の、前記貫通接続部材の一端部に電気的に接続している。前記誘電体５５４は、前記管状支持部材５３２を前記ハブ２２６に固定し、また、前記ハブ２６６から前記電極５３０を絶縁している。前記誘電体５５２は、前記支持ロッド４３２を前記管状支持部材５３２の内部に固定し、また、前記第２の電極５３０から前記第１の電極を絶縁している。前記装置４００の誘電体４５２のように、前記誘電体５５２、５５４は、気密シールを形成する必要はない。前記電極４３０と電極５３０とを前記ハブ２６６に接続させる好ましい方法は、（１）前記プレート４３１の下面を平らな面（例えば、平らなテーブル）に配置し、（２）前記導電プレート５３１が、前記プレート４３１を囲み、前記ロッド４３２が、前記管状支持部材５３２を通って延びるように、前記導電プレート５３１の下面を同一の平らな面に配置し、（３）前記ロッド４３２と管状部材５３２とが、前記ハブ２２６を通って、このハブ２６６内の中央に位置されるように、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の下面を同一の平らな面に配置し、（４）前記電極４３０と５３０とが、上述したように位置されている状態で、前記誘電体プラグ５５２、５５４を形成する方法である。前記誘電体プラグ５５２、５５４は、前記装置４００内の前記プラグ４５２と同様な方法で形成され得る。
【００６０】
前記ダイアフラム１２０とプレート４３１とは、第１のコンデンサ４３８を形成し、また、前記ダイアフラム１２０とプレート５３１とは、第２のコンデンサ５３８を形成する。従って、前記電極５００は、シールされている内部チャンバ１１０内と１１２内との圧力の相違を探知するように使用され得る２つのコンデンサを与える。この２つのコンデンサは、好ましくは、前記円形プレート４３１の面積と、前記管状プレート５３１の面積とを等しくすることによって、釣り合いを保たれている。
【００６１】
図２７と２８とは、前記変換装置５００の別の一実施形態を、一部分を排除して示す上面図と、側方断面図とである。ここで図示されている実施形態で、共軸のシールドが、各々の貫通接続部材に与えられている。また、前記第２の電極５３０は、より丸められ、より角がない形態である。つまり、前記導電プレート５３１とカップ状の水平支持部材５３３との間の接続部は、角があるというよりむしろ丸められている。
【００６２】
図２９と３０とは、前記変換装置５００のさらに別の一実施形態を、一部分を排除して示す上面図と、側方断面図とである。この実施形態は、前記Ｐ＿ｘカバー１４０よりむしろ、Ｐ＿ｘカバー５４０を有し、このＰ＿ｘカバー５４０は、前記Ｐ＿ｘカバー１４０よりも充分厚く、より丈夫である。例えば、この実施形態で、前記Ｐ＿ｒ主部２６０の直径は、直径で、１．００インチよりも小さく形成され得る。
【００６３】
２．弾性ジョイント及びグルーブを有するセラミック電極
図３１は、本発明の別の態様に従って形成される別の圧力センサーの一部分６１０を示しており、この部分６１０は、装置を形成するために使用される取付け装置６１２上に示されている。図３２でも示されるように、幾つかの実施形態で、ハウジング部分６１４は、好ましくは、（例えば、米国特許５，９６５，８２１号で開示されるように）複数のスポーク６１６を有するハブ６１７として形成される。このハブは、開口６１８を有し、この開口６１８は、ジョイント６２２によってハブ６１７内で保持されている支持ロッド６２０を保持している。前記ジョイント６２２は、鉛ホウ化シリコンのようなガラス状態のガラス若しくは失透ガラスによって形成され得、又は、金属真鍮若しくははんだ、セラミック、ガラスセラミックであり得る。前記ロッド６２０は、好ましくは、アルミナ９６％又はマンガンケイ酸塩（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）のような、セラミックにより形成され、ハウジング部分６１４は、好ましくは、Ｉｎｃｏｎｅｌのような、ニッケルとクロムと鉄との合金である金属によって形成される。
【００６４】
前記ロッド６２０の他端に、セラミックディスクによって形成される電極６２８が、設けられており、このディスクは、このディスクの下面に形成される、メタルフィルムのような１以上の導電部材６３０を有する。前記電極６２８は、前記ロッド６２０に接続されている分離された部材であり得、ほぼＴ字形の断面を有する１つのユニットを形成する。図３３でより詳細に示されるように、前記電極６２８は、好ましくは、前記ディスクが前記ロッドに接続されている位置に対向し、ダイアフラム６４０が配置されるだろう位置に対面する、前記ディスクの下面に形成された同心的な２つの導電リング６３０を有する（図３４参照）。
【００６５】
図３１に示される前記形成用取付け装置６１２は、前記ダイアフラム６４０が、前記ハウジング部分６１４に溶接され又はその他の方法で接続されるとき、前記電極６２８に設けられている導電部材６３０とダイアフラム６４０との間の距離ｄを設定し、維持することに役立つ。前記取付け装置６１２は、前記電極６２８とダイアフラム６４０との間の距離ｄを規定する隆起されている部分６３４を有する一面を有する。この距離は、非常に小さくあり得、例えば、２５から４００ミクロンである。前記電極６２８と、前記ジョイント６２２を有するロッド６２０とは、電極が、前記取付け装置６１２上に置かれている状態で、ハウジング６１４内に配置される。そして、前記電極の６２８の下面と前記ハウジング部分６１４の下面とが、所望の距離ｄだけ互いに離間することを確実にするように、ジョイント材は、融解され、冷却されて、前記ロッド６２０を前記開口６１８内で接続する。つまり、これは、前記電極６２８の下面が、組み立てられた変換装置で、前記ダイアフラム６４０から距離ｄ、又は、装置が冷却された後、距離ｄ’だけ離間するだろうことを確実にする。形成又は使用におけるセンサ６００の温度変化中、ガラスジョイント６２２は、前記ロッド６２０とハウジング６１４との間に弾性ジョイントを与え、また、前記ロッド６２０の大きな剛性と共に、温度変化の結果の伸張が、前記ハウジング６１４から前記電極６２８に達することを妨げるのに役立つ。
【００６６】
前記ロッド６２０は、前記開口６１８内で固定され、前記電極６２８に機械的な支持を与えているが、電気的な接続を与える必要はない、即ち、前記ロッド６２０は、（導電体であり得るが）導電体である必要はない。前記導電部材６３０への電気的な接続は、好ましくは、複数の前記スポーク６１６間に与えられている追加のリード部材６３６を通って与えられる。
【００６７】
前記圧力センサ６００をより最終的な形態で示す図３４を参照すると、ダイアフラム６４０は、前記ハウジング部分６１４に溶接されており、第２のハウジング部材６４２は、前記ダイアフラム６４０の他の側に溶接されており、別のハウジング部材６４４は、図３１で示されるハウジング部分６１４の頂部を被って溶接され得、装置のハウジングを規定する。代わって、前記ハウジング部分６１４とハウジング部材６４４とは、一体的に形成され得る。前記ハウジング部材６４４は、また、参照圧力を形成するための開口６４８を有する。開口６４６が、流体が、探知用チャンバに入って、前記ダイアフラム６４０を前記電極６２８に対して移動させることを可能にしている。
【００６８】
回路６３７が、前記ダイアフラム６４０と電極６２８とに信号を与える。例えば、この回路６３７は、共鳴周波数によって特徴づけられるタンク回路を有し得、この周波数は、前記電極６２８とダイアフラム６４０との間の容量の関数である。前記ダイアフラム６４０の他の側の圧力に対する、前記開口６４６からの圧力の変化に応答して、前記ダイアフラム６４０が、移動されるに従い、容量は、変化される。典型的に、零でない信号が、電極に与えられ、ハウジングとダイアフラムとは、接地されている。
【００６９】
図３５を参照すると、電極ディスクと支持ポストとは、２つの分離された部材としてよりはむしろ、ポスト部分６５２とディスク部分６５４とを有する１つのモノリシックなＴ字形部材６５０として形成され得る。前記ポスト部分６５２は、ガラス、金属、又は、セラミックであり得るジョイント６５３を用いて、ハウジング６１６にしっかりと接続されている。ガラスの場合、前記ジョイント６５３は、鉛ホウ化シリコンガラスのような、セラミックに結合されるガラス状態のガラス又は失透ガラスによって形成され得る。前記ポスト部分６５２とディスク部分６５４とが、つながっている位置で、ほぼ円形のグルーブ６５５が、前記ポスト部分６５２の基端部の周囲で、前記ディスク部分６５４の上面に形成される。前記グルーブは、内径６５７と、外径６５９と、深さ６６３とによって規定される。前記グルーブの幅は、前記外径６５９と内径６５７との間の差によって規定される。前記グルーブ６５５の内径６５７は、前記ポスト部分６５２の直径にほぼ等しく、この位置で、前記ポスト部分６５２が、前記ディスク部分６５４に接続されている。前記グルーブ６５５は、好ましくは、前記ディスク部分６５４の半分の厚さ６６４にほぼ等しい深さ６６３を有する。このグルーブ６５５は、ジョイントでの引っ張りを緩和し、前記ディスク部分６５４を平らに保つのに役立つ。
【００７０】
上述したように、温度変化は、通常、センサの精度に悪影響を与える。これは、ハウジングが、金属であり、電極（及び／又は、電極支持部材）が、セラミックであって、実質的に異なった熱膨張係数を有するときに、特にあてはまる。探知コンデンサのギャップの大きさは、探知される圧力と、装置がさらされる温度との両方の関数であろう。２重の電極の設計は、未知の圧力を探知する場合に、「平面排除（ｐｌａｎａｒ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ）」の原理を利用して、温度の効果を取り除く。２重の電極の設計において、典型的に、測定される容量は、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の容量の差である。この平面排除の概念に従うと、電極が平面に保たれる限り、温度の効果によって生じるいかなるギャップの効果も、両方のコンデンサについて同じであるだろうから、差の測定において相殺されるだろう。代わって、様々な温度及び圧力状態に対する第１及び第２のコンデンサの応答が、前もって、測定され、記録され得る。２重の電極の設計における第１及び第２の電極が、平らに保たれる限り、これら既知の特性は、第１及び第２のコンデンサの測定された容量を相互に関連させて、信号における温度の効果を決定し、そして、これら効果を調節して、精密な圧力の読み取りを得るように使用され得る。このような２つの平面電極の使用は、温度に関連した変形を相殺即ち排除することに役立つから、この設計の特徴は、「平面排除」と表現される。２重の電極の設計は、（相対的な差が、予測可能であり、前もって特徴づけられ得る）安定状態における平面排除について効果的であるが、所定の一時的な状況で、平面的でない変化と、複数の効果の組合せとが、この形態の温度の相殺を害する。
【００７１】
製造中、圧力変換装置は、特に前記ジョイント６５３を形成するために、例えば４５０℃までの範囲のような、非常に高い温度にさらされ得る。前記ジョイント６５３を形成することにより、この高温で、電極とダイアフラムとの間に、最初のギャップが、設定される。圧力変換装置が、冷却されるにつれて、圧力変換装置の部材は、収縮し、ギャップが、変化される。圧力変換装置の複数の部分が、予測可能な方法で、所定の既知の位置へと収縮される限り、前記ジョイント６５３が形成されるときに、冷却の効果を考慮して最初のギャップを適切に設定することにより、所望のギャップが、冷却された圧力変換装置で得られ得る。しかしながら、変換装置の複数の部分が、冷却中に曲げられる場合、所望のギャップは、達成され得ない。形成中、曲げや他の一時的な効果を制限することは、ギャップを制御するために重要である。作動中も、圧力変換装置は、温度変化にさらされる。しかしながら、この変化の範囲は、通常、形成温度の範囲よりもずっと限定され、この範囲内に良く収まるだろう。従って、圧力変換装置の温度応答が、形成中、モニターされ、制御され、相殺される場合、この温度応答は、圧力変換装置の作動中も予測可能である。
【００７２】
前記グルーブ６５５は、前記変換装置６００が、形成中あるいは作動中に温度変化にさらされるときに、前記ディスク部分６５４の形状、並びに、前記圧力装置６００の複数の部分の相対的な配置の一時的な変化を減少させる。図３６は、本発明に従う、セラミックポストを有する変換装置の別の実施形態６０１を示す。さらに、図３６は、前記グルーブ６５５のようなグルーブが、存在しない場合における、温度変化に応答した前記電極ディスク６５０の曲がりを示す。前記圧力変換装置６０１が、加熱されるに従い、前記ダイアフラム６４０と電極６５４の下面との間のギャップは、金属のハウジング６４４が、セラミック電極６５４よりも速く膨張するために、増大される。また、前記センサ６０１が、加熱されるに従い、前記ポスト部分６５２は、ディスク部分６５４よりも速く加熱される。前記ポスト部分６５２は、前記ジョイント６５３を介して前記ハウジング６４４と物理的に接触しており、第１に伝導されることにより加熱される。このディスク部分６５４は、前記ハウジング６４４の側面からの放射と、前記ポスト６５２を通る伝導との両方によって加熱される。前記ポスト部分６５２が、過熱されるに従い、このポスト部分６５２は、前記ディスク６５４よりも速く膨張し、中心部で、矢印６６１で示される外向きの方向へと、前記ディスク６５４に圧力を作用する。応力に応答して、前記ディスク６５４は、曲げられ、前記ディスク６５４の外側エッジが、図示され、矢印６６２で示されるように下方に移動される。従って、図１６のような２重の電極の設計で、外側の電極は、内側の電極に対して、前記ダイアフラム６４０の近くへと移動される。圧力変換装置６０１が、冷却されるに従って、逆の効果が、生じる。つまり、前記ポスト部分６５２が、冷却されるに従って、前記ディスク６５４よりもはやく収縮し、前記ディスク６５４をその中心部の周囲で内向きに引っ張る。応力に応答して、前記ディスク６５４は、曲げられ、この結果、このディスク６５４の外側エッジは、上向きに移動される。この曲がりは、圧力変換装置６０１の平面排除を減じさせ、観察される容量、従って、圧力の測定のゆがみを生じさせる。圧力変換装置が、一時的な状態にあるとき、温度効果は、平面的でなくなるが、圧力変換装置が、いったん均一に加熱された後は、この効果は、消失する。
【００７３】
前記グルーブ６５５は、この問題を軽減する。一時的な状態中、前記グルーブ６５５は、前記ポスト部分６５２からの、前記ディスク部分６５４における径方向かつ内向きあるいは外向の引っ張りを減少させ、容量をゆがめる曲げの効果を減少させ又は排除する。グルーブの様々な好ましい位置並びにディメンジョンは、有限要素法によって決定され得る。例えば、１．６インチの直径並びに０．２インチの厚さを有する電極と、０．２５インチの直径を有するポストとについて、前記グルーブ６５５は、好ましくは、０．１インチの深さと、０．１インチの幅とを有する。
【００７４】
前記ディスク部分６５４は、好ましくは、円形であるが、正方形又はその他の所定の形状であり得る。前記ロッド６５２は、金属で被覆されて、導電パスを形成し得、あるいは、ニッケルと鉄とコバルトとの合金であるＫｏｖａｒのような、低膨張金属合金によって形成され得る。前記ハウジング６１４とダイアフラム６４０とは、典型的に、各々、Ｉｎｃｏｎｅｌとステンレススチールとのような金属である一方で、他の部材は、典型的に、セラミック又はガラスである。
【００７５】
低熱膨張係数のプラグ
図３７は、本発明の別の実施態様に従う、（図３４で示される）容量型圧力センサ７０１の一部分７００を示す。このセンサ７０１は、第１のハウジング部材７１４と第２のハウジング部材７１６との間に溶接されているダイアフラム７１２を有する。前記ハウジング部材７１６は、チャンバ７１９中へと流体を収容するための開口７１８を有する。
【００７６】
電極７２０が、前記ダイアフラム７１２の、流体が収容される側とは別の側に設けられている。前記電極７２０は、導電材によって形成され得、あるいは、より好ましくは、セラミックディスクのような誘電体ディスクを有し、この誘電体ディスクは、この誘電体ディスクの一面に形成され、ダイアフラム７１２に対面した導電フィルム７２６を有する。前記電極７２０は、支持ポスト７２２に接続され、好ましくは、セラミックによって形成され、この支持ポストは、前記ハウジング部材７１４の開口７２４へと上方に向かって延びている。
【００７７】
また、図３８を参照すると、前記ハウジング部材７１４は、好ましくは、ハブ７２８と、複数のスポーク７３０とを有する。しかしながら、前記ハウジング部材７１４は、代わって、前記ハブ７２８の代わりにアパーチャを有する実質的に中空でない電極装着部材を有し得る。ロッド７２２が、前記ハブ７２８の中央の開口７２４中へと延びている。前記ロッド７２２は、留め具、接着剤、又は、その他のジョイント材によって前記ハブ７２８に取着され得る。電気的なリード部材７３２が、複数の前記スポーク７３０間を、前記電極７２０へと延び、前記導電フィルムに電気的な信号を与える。代わって、前記リード部材７３２は、前記ロッド７２２を通って、あるいは、中空でない電極装着部材のアパーチャを通って延び得る。
【００７８】
本発明のこの態様の第１の実施形態で、図３７に示されるように、低熱膨張係数（ＴＣＥ）のプラグ７３６が、前記開口７２４内のハウジング部分７１４に接続され固定されている。前記プラグ７３６は、好ましくは、ハウジングに対して低い熱膨張係数を有する。前記プラグ７３６は、好ましくは、前記ロッド７２２の熱膨張係数よりも小さい、あるいは、これと等しい熱膨張係数を有し得る。前記プラグ７３６は、複数の異なった形態を有し得る。ここで示されるように、前記プラグ７３６は、大きい方の直径部分と、小さい方の直径部分とを有し、前記ハウジング部材７１４に設けられている肩部を規定する。前記プラグ７３６は、ガラス、溶接、焼きばめ、又は、このプラグ７３６を定位置に固定するためのその他の方法によって、前記ハウジング部材７１４にしっかりと接続され得る。
【００７９】
簡単にいうと、前記プラグ７３６は、典型的な形成並びに作動状況において、比較的厳密なギャップ制御を可能にする。圧力装置がさらされている温度が、変化されるとき、低膨張係数を有する前記プラグ７３６は、センサが、加熱あるいは冷却されても、前記ハウジング７１４に対して安定に保たれる。典型的に、前記センサが、冷却されるとき、前記プラグ７３６は、線７３８によって示されるように、ハウジングの径方向かつ内向きの移動を妨げ、前記ポスト７２２が前記ハウジング７１４に接続されている位置で生じるモーメントに対抗するモーメントを生じさせる。
【００８０】
本発明の追加の実施形態７０１と７０２とが、図３９と図４０とに示される。図４１は、圧力変換装置７０２の一部分７０３を示し、プラグ７５３のような低ＴＣＥプラグが、存在しない場合の、温度変化の効果を図示するように描かれている。上述したように、形成中、前記ギャップは、例えば、形成用取付け装置上に前記電極７２０とロッド７２２とを配置し、前記ポスト７２２を前記ハウジング７１４中へと挿入し、そして、４５０℃までの範囲の温度で結合させることにより、前記ハウジング７１４に前記ポスト７２２を固定することによって設定され得る。圧力変換装置が、形成プロセス後、冷却されたとき、ハウジング７１５や、電極７４４と前記ポスト７４２とを有するモノリシックなＴ字形体７４１のような圧力変換装置の複数の部材は、収縮する。前記ハウジング７１５と、電極７４４と、ポスト７４２とは、冷却され、夫々の熱膨張係数並びに他の性質に応じて、異なった割合で収縮され得る。特に、前記ハウジング７１５が、金属であり、前記電極７４４とポスト７４２とが、セラミックである場合、比較的高い熱膨張係数を有する前記ハウジング７１５は、典型的に、前記電極７４４並びにポスト７４２よりも速く冷却され、収縮するだろう。典型的に、前記ハウジング７１５は、前記矢印７７０で示される方向に沿って、前記ポスト７４２の周囲で内向きに収縮するだろう。前記ハウジング７１５は、傾けられて、アパーチャの直径が、前記ポスト７４２の直径よりも小さいであろう所定の位置へと収縮する。前記ハウジング７１５が、前記アパーチャの直径が、前記ポスト７４２の直径に等しい所定の位置までいったん収縮した後、さらなる収縮は、前記ポスト７４２の存在によって妨げられる。前記ポスト７４２の剛性のため、この収縮は、前記ハウジング部材７１５が、前記ポスト７４２を保持している位置で、前記ハウジング部材７１５に、矢印７７２によって示される方向に沿って外向きの圧力を与えるだろう。引っ張りに応答して、前記ハウジング部材７１５は、反れて、その上部は、下方に曲げられ、このハウジング７１５の外壁は、図示され、矢印７７４によって示されるように、ダイアフラムに近い部分の周囲で外向きに曲げられるだろう。前記圧力変換装置７０２は、安定状態で、垂直位置へと戻され得るが、この変化は、前記電極７４４の位置を移動させて、最終的な圧力変換装置７０２の名目ギャップの大きさを変化させ、結果として圧力変換装置の精度を悪化させるだろう。
【００８１】
前記プラグ７５３のような低ＴＣＥ部材は、この傾向に対抗する。前記プラグ７５３は、前記ハウジング７１５あるいはポスト７４２よりも低い熱膨張係数を有する。前記プラグ７５３は、どちらかよりもゆっくりと収縮する。前記プラグ７５３は、７７０の方向への、前記ハウジング７１５の内向きへの収縮に対抗する。特に、前記プラグ７５３は、矢印７７６によって示される方向かつ外向きに力を作用させ、ハウジング７１５が、内向きに反れるのを防止する。ハウジングの曲がりが、減少されるため、前記プラグ７５３は、前記電極７４４の位置決めを容易にし、最終的な変換装置７０２において名目ギャップの精度を改良する。形成プロセス中の温度変化のギャップへの効果は、作動中の温度変化の効果と関連し、これを予測するものである。これら効果を制御することによって、形成パラメーターと作動パラメーターとの両方としてのセンサの精度が、改良される。
【００８２】
図３８を参照すると、本発明の別の実施形態で、低ＴＣＥ材のストリップ７４０が、前記スポーク７３０にしっかりと接続されている。前記ストリップ７４０は、前記スポーク７３０のながて方向にほぼ沿って延び得、これらスポークに溶接され得る。この金属は、例えば、Ｋｏｖａｒであり得る。前記ストリップ７４０は、好ましくは、金属で形成され得、従って、バイメタルスポークを形成する。これらストリップ７４０は、図３７、３９、４０、４１のプラグと同様な目的を果たす。
【００８３】
そして、前記ハウジング部材７１４は、環状部分と、前記ダイアフラム７１２に平行な平面にほぼ配置されている（ハブ７２８と３つのスポーク７３０とのような）所定の部分とを有する。低ＴＣＥ（好ましくは、ハウジング部材７１４のＴＣＥよりも低く、そしてまた、好ましくは、前記ディスク７２０を形成するように使用されている誘電材のＴＣＥよりも低い）の部材が、前記ダイアフラム７１２に対向した側の、ハウジング部材７１４の一部分に設けられている。
【００８４】
図３９を参照すると、所定の部材は、図３７及び３８のものが再び用いられており、別の一実施形態７０１は、モノリシックなポスト部分７４２とディスク部分７４４とを有する単一の部材７４０の下側に設けられている金属フィルムとして形成される電極を有する。前記ポスト部分７４２は、ハウジング７１４の開口７５０内で、ガラスシール７４８を用いて、前記ハウジング７１４にしっかりと接続されている。前記ディスク部分７４４は、前記ポスト部分７４２が、前記ディスク部分７４４に合している位置に形成されているグルーブ７４６を有する。このグルーブ７４６は、前記ポスト部分７４２の外径と同様な内径を有し、前記ディスク部分７４４を平らに保つのに役立つ引っ張りを緩和するチャンネルとして働く。
【００８５】
上述したような低ＴＣＥ材によって形成されるプラグ７５２が、前記開口７５０の上端部に位置する。ここで示されるように、プラグ７５２は、（ワッシャのような）中心軸に沿う孔を有する筒形環状部材として形成されており、前記ハウジング７１４内の肩部７５４に設置されている。前記プラグ７５２は、ガラスジョイント又は他の結合機構によって固定され得る。複数の追加の既知の部材が、ここで示され、これら部材は、圧力を設定し、真空が導入されるのを可能にするための開口７５６と、電極への電気的な接続のための取り付け部材７５８と、前記開口７５６をシールした後、大気から水素のような所定の分子を除去するためのゲッターキャニスター７６０とを含む。
【００８６】
図４０及び４１は、本発明に従って形成された圧力センサの追加の実施形態７０２を示す。前記圧力センサ７０２は、一体的な第１のハウジング部材７１５を有し、このハウジング部材７１５では、電極装着部分が、装置のハウジングに一体化されており、図３７及び３９でハウジング部材７１４と共に示されるような分離されているカバーの必要性が、排除されている。前記電極７４１は、ポスト部分７４２とディスク部分７４４とを有する。前記電極７４１のポスト部分７４２は、一体的な第１のハウジング部材７１５の中心部で接続されている。好ましくは、前記ポスト部分７４２は、前記ハウジング部材７１５の下面のレース中へと延ばされている。前記電極７４１は、随意選択で、前記ディスク部分７４４における引っ張りを減少させるための（例えば、図３９に示されるようなグルーブ７４１のような）グルーブを有する。前記ポスト部分は、ガラスプラグ７４８によってハウジング部材７１５に固定され得る。低ＴＣＥプラグ７５３は、温度変化のためのセンサ７０２の複数の部分の相対的な位置の一時的な変化を減少させる。前記低ＴＣＥプラグ７５３は、前記ダイアフラム７１２から離れた側であり、前記電極７４１のポスト部分７４２を保持している前記レースに対向した、前記ハウジング部材７１５の上面に位置されている。好ましくは、低ＴＣＥプラグ７５３は、筒形又は環状である。低ＴＣＥプラグ７５３は、前記電極７４１のポスト部分７４２のための前記プラグ７４８と同様なグラスプラグ７５５によって、前記ハウジング部材７１５に固定され得る。低ＴＣＥプラグ７５３は、上述したように、前記ハウジング７１５の径方向かつ内向きの移動に対抗する。前記第１のハウジング部材７１５は、前記電極７４１に配置されている各導電部材のための貫通接続部材７５８を有する。この貫通接続部材７５８は、ガラス又は他の絶縁材７５９によってハウジング７１５から絶縁されている。前記電極ジョイントと、低ＴＣＥ部材と、貫通接続部材との各々のための、ガラスプラグ７４８と、７５５と、７５９とは、形成プロセス中、互いに同様に形成され得る。
【００８７】
前記低ＴＣＥプラグ７３６、７５２、７５３と、ストリップ７４０とは、例えば、アルミナ若しくはマンガンケイ酸塩（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）のようなセラミック、又は、鉄とニッケルとコバルトとの合金（Ｋｏｖａｒ）のような、低ＴＣＥ金属によって形成され得る。これら材料についてのＴＣＥ値は、アルミナ（７４）、マンガンケイ酸塩（１００）、Ｋｏｖａｒ（５０乃至６０）である（ＴＣＥ値は全て、１０−７／℃で表されている）。ハウジングに有用な材料であるＩｎｃｏｎｅｌは、１３１のＴＣＥを有する。低ＴＣＥ部材を有する圧力センサは、１０ｍｉｌｌｉＴｏｒｒまでの範囲と同様に低い圧力で、作動され得る。前記プラグ７３６、７５２、７５３又はストリップ７４０は、単独の本質的な機能として、軸方向の膨張を減少させ得る。
【００８８】
本発明の実施形態を開示したが、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から離れない改良が、なされ得ることが理解されるべきである。本願に含まれる本発明の範囲から離れない所定の変化が、上述した装置でなされ得るため、上述した説明に含まれた又は添付された図面に図示された全ての事項は、説明的なものと解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されるべきではないように意図されている。ここで開示された容量型圧力変換装置は、円形の対称性を有するように示されているが、この円形の対称性は、本発明の限定ではない。本願で開示された様々な形状が、本発明の範囲から離れずに変化され得る。複数の導電プレートは、互いに異なった形状を有し得、それらの外形は、互いに対応している必要はない。複数の電極は、ハウジングに対して、又は、互いに、同心的に配置される必要はない。第２の電極は、第１の電極を囲んでいる必要はない。例えば、２つの半円形電極が、並んで配置され得る。回路への貫通接続部材を介する導電プレートの電気的な接続を可能にする導電ワイヤは、電極の導電支持部材を介するよりはむしろ、複数のスポーク間のスペースを通過して、導電プレートに直接接触され得る。誘電体プラグが、本発明の所定の態様で、電極を固着するための好ましい方法として示されているが、この電極は、例えば、接着剤によってもハブに接続され得る。また、前記導電プレートは、必ずしも、Ｐ＿ｒ主部の下面と同一平面である必要はない。例えば、前記Ｐ＿ｒ主部は、スペーサと一体化され得、このスペーサは、Ｐ＿ｒ主部とモノリシックな形態であり得る。別の設計の選択肢の特定の例が、ここで開示されているが、これら例は、例として与えられ、包括的なものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の組み立てられた変換装置の一部分を切断して示す側面図。
【図２】図１で示される装置を分解して示す側方断面図。
【図３】図１並びに２で示されるＰ＿ｘ主部の上面図。
【図４】図１並びに２で示されるＰ＿ｒ主部の上面図。
【図５】図１並びに２で示される電極の下面図。
【図６】本発明に従って形成された容量型圧力変換装置の一部分を切断して示す側面図。
【図７】図６で示される装置を、一部分を排除して示す上面図。
【図８】本発明に従って形成された容量型圧力変換装置の側方断面図。
【図９】図６ないし８で示される装置で使用される改良されたＰ＿ｒ主部の好ましい一実施形態の上面図。
【図１０】図６ないし８で示される装置で使用される改良されたＰ＿ｒ主部の好ましい一実施形態の斜視図。
【図１１】図９で示される４Ｃ−４Ｃ線に沿って得られた、図９で示されるＰ＿ｒ主部の断面図。
【図１２】図９で示される４Ｄ−４Ｄ線に沿って得られた、図９で示されるＰ＿ｒ主部の断面図。
【図１３】図６ないし８で示される電極の好ましい一実施形態の側方断面図。
【図１４】図６ないし８で示される電極の好ましい一実施形態の下面図。
【図１５】スポークが、凹形グルーブを有さないＰ＿ｒ主部を通常作動位置で示す側方断面図。
【図１６】図１５で示されるＰ＿ｒ主部の熱の作用後の側方断面図。
【図１７】本発明に従って形成されたＰ＿ｒ主部の別の一実施形態の上面図。
【図１８】本発明に従って形成されたＰ＿ｒ主部のさらに別の一実施形態の上面図。
【図１９】本発明に従って形成されたＰ＿ｒ主部のさらに別の一実施形態の上面図。
【図２０】本発明に従って形成されたＰ＿ｒ主部のさらに別の一実施形態の上面図。
【図２１】本発明の別の一実施形態に従って形成された容量型圧力変換装置の側方断面図。
【図２２】図２１で示される容量型圧力変換装置の分解図。
【図２３】本発明の好ましい一実施形態に従って形成された電極の上面図。
【図２４】２重の電極を有する、本発明の別の一実施形態に従って形成された容量型圧力変換装置の側方断面図。
【図２５】図２４で示される容量型圧力変換装置の分解図。
【図２６】本発明の好ましい一実施形態に従い形成された外側電極の上面図。
【図２７】本発明の別の一実施形態に従って形成された容量型圧力変換装置を、一部分を排除して示す上面図。
【図２８】１２Ｂ−１２Ｂ線に沿って得られた、図２７で示される容量型圧力変換装置の側方断面図。
【図２９】本発明の別の一実施形態に従って形成された容量型圧力変換装置を、一部分を排除して示す上面図。
【図３０】１３Ｂ−１３Ｂ線に沿って得られた、図２９で示される容量型圧力変換装置の側方断面図。
【図３１】本発明の別の実施形態に従う圧力変換装置の形成のために使用される取付け装置において示される容量型圧力変換装置を、一部分を側面図で、一部分を断面図で示す図。
【図３２】図３１の１５−１５線に沿って得られた図。
【図３３】図３１の１６−１６線に沿って得られた図。
【図３４】本発明の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図３５】本発明の別の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図３６】熱応力のための電極の曲がりを示す、本発明の別の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図３７】本発明の別の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図３８】本発明の別の一実施形態に従う、低ＴＣＥ部材を有するハウジング部材の平面図。
【図３９】本発明の別の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図４０】本発明の別の一実施形態に従い形成された容量型圧力変換装置の断面図。
【図４１】図４０で示される実施形態に従う圧力変換装置の断面図であり、熱応力のための力を示している。
Claims (27)
- （Ａ）内部キャビティを規定する主部と、
（Ｂ）この主部内に設けられ、前記キャビティを第１のチャンバと第２のチャンバとに分離しており、所定の部分が、前記第１のチャンバ内の圧力が、前記第２のチャンバ内の圧力より高くなったときに、これに応答して第１の方向に反れ、また、この部分は、前記第２のチャンバの圧力が、前記第１のチャンバの圧力より高くなったとき、これに応答して前記第１の方向とは反対の第２の方向に反れる、ダイアフラムと、
（Ｃ）前記第１のチャンバ中へと延び、前記第１のチャンバ内にアパーチャを規定する電極装着部材と、
（Ｄ）共に金属である導電プレートと支持部材とを有する電極と、
（Ｅ）少なくとも部分的に前記アパーチャ内に配置され、前記電極を前記電極装着部材に接続している誘電体とを、
具備する圧力変換装置。 - 前記誘電体は、前記電極装着部材と支持部材とに直接接触されている請求項１の装置。
- 前記支持部材は、ロッド形態であり、このロッド形態の支持部材は、前記アパーチャ中へと延びており、また、前記誘電体は、前記アパーチャ内で、前記ロッド形態の支持部材を前記電極装着部材に接続している請求項１の装置。
- 前記誘電体は、内部アパーチャを規定し、また、前記支持部材は、この内部アパーチャ中へと延びている請求項１の装置。
- 前記電極装着部材は、前記アパーチャを規定するハブと、前記主部からこのハブへと延びている１つ以上のスポークとを有する請求項１の装置。
- 前記電極装着部材は、前記主部と一体的に形成されている請求項１の装置。
- 前記ダイアフラムは、所定の中心軸を有し、前記電極装着部材は、前記中心軸の近くで延びており、前記アパーチャは、前記中心軸の近くにある請求項１の装置。
- 前記導電プレートの、ダイアフラムの近くの一面は、前記主部の一面と同一平面である請求項１の装置。
- （Ａ）内部キャビティを規定する主部と、
（Ｂ）この主部内に設けられ、前記キャビティを第１のチャンバと第２のチャンバとに分離しており、所定の部分が、前記第１のチャンバ内の圧力が、前記第２のチャンバ内の圧力より高くなったときに、これに応答して第１の方向に反れ、また、この部分は、前記第２のチャンバの圧力が、前記第１のチャンバの圧力より高くなったとき、これに応答して前記第１の方向とは反対の第２の方向に反れる、ダイアフラムと、
（Ｃ）前記第１のチャンバ中へと延び、前記第１のチャンバ内にアパーチャを規定する電極装着部材と、
（Ｄ）共に金属である第１の導電プレートと第１の支持部材とを有する第１の電極と、
（Ｅ）共に金属である第２の導電プレートと第２の支持部材とを有する第２の電極と、
（Ｆ）少なくとも部分的に前記アパーチャ内に配置され、前記第１及び第２の電極を前記電極装着部材に接続している誘電体とを、
具備する圧力変換装置。 - 前記誘電体は、第１の誘電体部分と第２の誘電体部分とを有し、この第１の部分は、前記第１の電極を前記第２の電極に保持させており、また、前記第２の部分は、前記第２の電極を前記電極装着部材に保持させている請求項９の装置。
- 前記第１の誘電体部分は、第１の内部アパーチャを規定し、前記第１の支持部材は、この第１の内部アパーチャ中へと延びており、また、前記第２の誘電体部分は、第２の内部アパーチャを規定し、前記第２の支持部材は、この第２の内部アパーチャ中へと延びている請求項１０の装置。
- 前記第２の電極は、前記第１の電極をほぼ囲んでいる請求項９の装置。
- 前記第２の導電プレートは、前記第１の導電プレートを囲んでいる請求項１２の装置。
- 前記第２の導電プレートは、環状であり、前記第１の導電プレートは、円形である請求項１３の装置。
- 前記第２の導電プレートの、前記ダイアフラムの近くの一面と、前記第１の導電プレートの、前記ダイアフラムの近くの一面とは、ほぼ同一平面である請求項１４の装置。
- 前記第２の支持部材は、管状部分を有する請求項１２の装置。
- 前記管状部分は、前記アパーチャ中へと延びており、前記第１の支持部材は、前記アパーチャ中へと延びて、前記第２の支持部材の管状部分内に位置されており、また、前記誘電体は、前記アパーチャ内の、前記第１の支持部材と第２の支持部材との間と、前記第２の支持部材と装着部材との間とに配置されている請求項１６の装置。
- 前記第１の導電プレートの、前記ダイアフラムの近くの一面と、前記第２の導電プレートの、前記ダイアフラムの近くの一面とは、ほぼ同一平面である請求項９の装置。
- 前記ダイアフラムの近くの、第１及び第２の導電プレートの一面は、前記主部の下面とほぼ同一平面である請求項１８の装置。
- 前記主部の下面と前記ダイアフラムとの間に配置されている環状スペーサをさらに具備する請求項１９の装置。
- 前記第１の支持部材は、前記第１の導電プレートと同じ材料によって形成されており、また、前記第２の支持部材は、前記第２の導電プレートと同じ材料によって形成されている請求項９の装置。
- 前記主部と、前記第１の支持部材と、前記第２の支持部材とは、互いにほぼ等しい熱膨張係数を有する請求項９の装置。
- （Ａ）内部キャビティを規定する主部と、
（Ｂ）この主部内に設けられ、前記キャビティを第１のチャンバと第２のチャンバとに分離しており、所定の部分が、前記第１のチャンバ内の圧力が、前記第２のチャンバ内の圧力より高くなったときに、これに応答して第１の方向に反れ、また、この部分は、前記第２のチャンバの圧力が、前記第１のチャンバの圧力より高くなったとき、これに応答して前記第１の方向とは反対の第２の方向に反れる、ダイアフラムと、
（Ｄ）共に金属である第１の導電プレートと第１の支持部材とを有する第１の電極と、
（Ｅ）共に金属である第２の導電プレートと第２の支持部材とを有し、この第２の支持部材は、管状部分を有し、前記第２の導電プレートは、アパーチャを規定し、前記第１の支持部材は、前記管状部分内に位置されており、前記第１の導電プレートは、前記アパーチャ内に位置されている、第２の電極と、
（Ｆ）前記第１及び第２の電極を前記主部に固定している誘電体とを、
具備する圧力変換装置。 - 前記第１の導電プレートの、前記ダイアフラムの近くの一面と、前記第２の導電プレートの、前記ダイアフラムの近くの一面とは、ほぼ同一平面である請求項２３の装置。
- 前記第１及び第２の導電プレートの、前記ダイアフラムの近くの一面は、前記主部の下面とほぼ同一平面である請求項２４の装置。
- 前記主部の下面と前記ダイアフラムとの間に配置されている環状スペーサをさらに具備する請求項２５の装置。
- （Ａ）内部キャビティを規定する主部と、
（Ｂ）この主部内に設けられ、前記キャビティを第１のチャンバと第２のチャンバとに分離しており、所定の部分が、前記第１のチャンバ内の圧力が、前記第２のチャンバ内の圧力より高くなったときに、これに応答して第１の方向に反れ、また、この部分は、前記第２のチャンバの圧力が、前記第１のチャンバの圧力より高くなったとき、これに応答して前記第１の方向とは反対の第２の方向に反れる、ダイアフラムと、
（Ｃ）前記第１のチャンバ内に配置され、導電プレートと導電支持部材とを有する電極と、
（Ｄ）前記主部の外部の検知回路と、
（Ｅ）前記第１のチャンバ内に第１の端部と第２の端部とを有する導電ワイヤと、前記主部のアパーチャを通って延びている貫通接続ピンとによって形成されており、誘電体プラグが、前記アパーチャ内で前記貫通接続ピンをシールしており、前記貫通接続ピンは、前記第１のチャンバ内に内端部を、前記主部の外部に外端部を有し、前記導電ワイヤの第１の端部は、前記導電支持部材に接続されており、前記導電ワイヤの第２の端部は、前記貫通接続ピンの内端部に接続されている、前記電極を前記検知回路に電気的に接続している、前記第１のチャンバの接続回路とを、
具備する圧力変換装置。
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