NO173074B - Trykkfoeler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en føler for å avføle trykket i et fluid og for å gi en utgang som indikerer slikt trykk, samt en fremgangsmåte for oppbygging av trykkføleren slik det nærmere fremgår av ingressen til de etterfølgende selvstendige krav.

Trykkfølere av den innledningsvis nevnte art er kjent fra GB-A-1077623, "US-A-4578735 og US-4442474.

US patent 4572000 viser en trykkføler med en skjør eller sprø diafragma som når den er ved et overtrykk ligger flatt mot en flat støtteplate. I dette patent er diafragmaen bulende utad fra sin støtteplate under et starttrykk og tilvirket slik at den vil hvile mot støtteplaten og være i hovedsak flat når den er under maksimalt trykk.

Andre tidligere kjente anordninger som benytter sprø diafragmaer som har kantstøttende render er også kjent, hvori avfølingen kan gjøres ved kapasitansavføling eller ved bruk av deformasjonsmålere montert på selve diafragmaen.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en føler av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at en av stoppflåtene har et konkavt parti gradert til å ha samme form som formen av det avbøybare området når slik gradert overtrykk påsettes.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det også tilveiebragt en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art, som kjennetegnes ved at det konkave parti tildannes i speilbildet av den deflekterte diafragmautforming ved trinnene av: forårsake en bøy i en motvendende flate ved å utbøye den første plate med hensyn til den andre plate ved å påsette et trykk mot den motsatte side, fjerne et materiallag fra den bøyde plate inntil overflaten er hovedsakelig plan, og tildanne det konkave parti ved hvilestilling ved å fjerne trykket.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører trykkfølende celler som benytter en enkelt silisiumaktiv diafragma som er oppbygd slik at diafragmaen er støttet mellom flate bæreplater eller elementer og er tilformet til å ha konkave overflater ved null trykkforskjell, hvor hver enkelt vender mot ett av bæreelementene. Den konkave flate er tilformet slik at ved hvile er den formet nøyaktig i den bøyde form av diafragmaen, slik at når trykk avføles virker den til å bevege diafragmaen mot en bæreplate, hvor diafragmaflaten som vender mot bæreren vil være flat og vil være fullstendig støttet mot bæreren. Den fullstendige diafragmastøtte forhindrer overbelastninger som kan danne sprekker eller ødelegge det sprø materialet i diafragmaen. Diafragmaen er fortrinnsvis tilvirket av et materiale slik som silisium, safir, germanium eller andre halvledere eller et egnet keramisk materiale.

Tilvirkningsmetodene løser problemet med å danne hulrommet i overflaten av silisiumdiafragmaen som vender mot bærerene i den riktige form, og krever ikke tilforming eller utforming av en flate på bærelaget. Bærelaget er fortrinnsvis tilvirket av glass og når kapasitiv avføling blir benyttet vil slike glassbærelag ha metall-kondensatorplater anordnet på disse.

De konkave diafragmaoverflater blir fortrinnsvis formet i en satsvis prosess, dvs. tildanning av flere diafragmaer på et skivelegeme på hvilket bæreskivene er heftet. Etter tildanning kan skivelegemet og bæreskivene skjæres opp til individuelle celler.

Diafragmaoverflåtene kan formes ved å bøye diafragmaen under trykk under tilvirking, og polere eller finslipe den motsatte overflate flat, mens diafragmaen er under trykk. Når trykket fjernes frembringes et hulrom med nøyaktig den ønskede form på den overflate som ble polert eller finslipt.

Den motsatte side av diafragmaen av den som har den konvekse form kan så bli behandlet på samme måte for å få en andre konkav overflate tildannet på diafragmaen. Diafragmaen kan også dannes ved å bruke to diafragmapartier eller halvdeler hvor hver av disse har en konkav flate. De to partier blir bundet eller heftet sammen i deres grenseflate, slik at den endelige sammenstilling har to utad vendende konkave overflater over hvilke to baerelag kan heftes. Åpninger er anordnet i bærelagene for å gi adkomst til trykket som skal avføles.

En alternativ tilvirkningsmetode er å benytte to skivelegemer med diafragmahalvdeler som er bøyd under trykk, og så hefte den ytre overflate av skivelegemene sammen mens diafragma-halvdelene blir holdt bøyd under trykk. Heftematerialet er herdbart og etter at det er herdet vil heftematerialet holde diafragmaen i sin trykksatte form selv etter at trykket er fjernet. Deretter heftes bæreskivene til motsatte sider av skivelegemene.

Diafragmaene i hver form blir benyttet til å avføle trykkfor-skjeller og når trykk er påført en side av diafragmaen vil den bevege seg mot en anordnet bæreplateoverflate og diafrag-maoverf laten vil være flat når den kontakter en slik bæreflate for derved å være helt understøttet mot for store overtrykk.

Følercellene er klemt inn i hus som innbefatter massive strukturer av et materiale med en avstemt temperaturut-videlseskoeffisient som samhører med den til trykkfølercell-ene for å holde cellene sammen og opprettholde trykk på celleperimetrene. Klemkonstruksjonen har også passasjer for trykktilførsel til enheten, og ved riktig valg kan konstruk-sjonen eller husutformingen gi mekanisk kompensasjon for avstandsendringer av diafragmaen som skjer under ulike statiske trykkforhold for trykkene som avføles. Denne kompen-seringsteknikk er nyttig for følere som er kapasitive følere. Det statiske trykk er middeltrykket på motsatte sider av diafragmaen, og i de fleste tilfeller kan statiske trykk på flere hundre og til og med tusener bar opptre i ledningene som fører til trykkforskjellføleren, men den avfølte forskjell kan være så lav som 0,1 bar. Følerne må kunne virke ved statiske linjetrykk som varierer fra lave til svært høye trykk. Korrekt plassering av de områder hvor følercellene er klemt sammen og styring av tetningsområdet som påvirker bøyning av føleren, tillater at kompensering for ulike statiske linjetrykk oppnås ved å styre og endre den radielle spenning i diafragmaene, som i sin tur påvirker diafragma-stivheten og således dens avbøyningsreaksjon til et gitt differansetrykk som virker på diafragmaen. Etterhvert som det statiske trykk øker vil avstanden mellom diafragmaflåtene som danner en avfølende kondensatorplate og den tilhørende bæreplate som har den andre kondensatorplate på seg, endre seg ved at disse flater tenderer til å separere etterhvert som det statiske trykk øker. Ved å klemme cellene i sine hus slik at diafragmaens radielle spenning avtar samtidig, er kompensering mulig.

Alle følerne kan tilvirkes i en satsvis prosess for kostnads-reduksjon. Satsvise prosesser gjør vanligvis bruk av et skivelegeme av en halvleder som vil gi flere diafragmaer tildannet på skivelegemet under prosesstrinnene, og sammen-binde skivelegemet eller glasskivene som danner støtteplate-ne, og deretter skjære skivelegemet til individuelle følerceller når prosessen er ferdig. Fig. 1 er et skjematisk perspektivriss av en føler-celle tilvirket ifølge den foreliggende oppfinnelse som viser en bærestruktur for følercellen i stilling; Fig. 2 er et skjematisk riss som viser anordningen ifølge fig. 1 innklemt eller innspent i et hus og som skjematisk viser isolatordiafragmaer for å overføre trykk til følercellen; Fig. 3 er et snittriss gjennom en typisk diafragma og baereplate som viser et første trinn av frem-stillingen i en satsvis prosess, men for illustrasjonsformål viser kun en celle; Fig. 4 er et snittriss i det vesentlige likt med fig. 3 som viser et ytterligere trinn i tilvirkningen; Fig. 5 viser et ferdig individuelt følerparti eller følerhalvdel med en diafragmaflate tilformet ifølge den foreliggende oppfinnelse; Fig. 6 er et ytterligere riss av en sammenstilt trykkfølercelle tilvirket ved bruk av to av følerpartiene vist i fig. 5; Fig. 7 er et snittriss av en diafragma og støtteplate som danner en halvdel av en følercelle tilvirket ifølge en andre utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 8 er et snittriss som viser to diafragmaer og bæreplateenheter ifølge fig. 7 sammenstilt til en trykkfølercelle; Fig. 9 er et snittriss for et typisk satsvis prosess-arrangement for tilvirking av følerceller ifølge den foreliggende oppfinnelse ved en modifisert prosess; Fig. 10 er et snittriss som viser anordningen ifølge fig. 9 i et ytterligere tilvirkingstrinn av trykkfølerceller; Fig. 11 er et snittriss som viser et trinn for montering av en delvis formet diafragma på en baereplate; Fig. 12 er et ytterligere trinn i prosessen for tildanning av en diafragma ifølge den modifiserte form av oppfinnelsen; Fig. 13 viser et skivelegeme med diafragmaer formet etter utøvelse av trinnet ifølge fig. 12; Fig. 14 er et snittriss av en sats med ferdige føler-celler etter hefting av en andre baereplate på plass ifølge den modifiserte form av oppfinnelsen; Fig. 15 er et snittriss gjennom føleranordningen som viser et foretrukket innspenningsarrangement for følercellene beskrevet her til et ytre hus; og Fig. 16 er et bruddstykkevis snittriss av et modifisert

arrangement for husinnspenning.

Fig. 1 viser en enkelt-diafragma, trykkforskjell-følercelle indikert generelt med 10 som er plassert mellom et første bærende sylindrisk huselement 11 og et andre bærende sylindrisk huselement 12. Hver sylinder er tilvirket av glass, slik som pyrex, eller annet egnet materiale og har en åpning eller passasje som forløper langs senteraksen for å gi adkomst til cellen for to trykk representert som Pl ved pilen 14 og P2 ved pilen 15. Følercellen 10 er innspent mellom sylinderene 11 og 12 generelt som vist i fig. 2. Innspenningen kan ha endelokk eller rammer 20 og 21 holdt sammen med bolter 22 for å klemme sylinderene 11 og 12 mot følercellen 10. I fig. 2 er det også skjematisk vist første og andre isolatorer 24 og 30 som blir benyttet for å overføre på kjent måte trykk til følercellen 10 gjennom passasjer i sylinderene 11 og 12 respektivt, uten å utsette følercellediafragmaen for trykkmediumet som skal avføles.

Trykkisolering er en vel kjent teknikk, og som vist inklude-rer isolatoren 24 en isolasjonsdiafragma 25 som omslutter et hulrom 26 som inneholder et inkompresibelt fluid slik som silikonolje som overfører trykket gjennom ledningen 27 til passasjen i senteret av sylinderen 11 og således til én side av diafragmaen i cellen 10 som vist. Isolasjonsdiafragmaen 25 er utsatt for direkte trykk Pl indikert ved pilen 14 i fig. 2. Isolatoren 30 har en isolasjonsdiafragma 31 som vist og denne isolasjonsdiafragma er montert på en egnet støtte eller blokk 32 for å definere et kammer 33 som er oppfylt med et inkompresibelt fluid som fyller en ledning 34 som fører til en sentral langsgående åpning i sylinderen 12 som er innspent mot den motsatte side av følercellen 10 fra sylinderen 11. Trykket P2 indikert ved pilen 15 virker således også på diafragmaen 31. Differansetrykket mellom trykkene Pl og P2 vil avføles av følercellen 10.

En metode for tilvirking av en følercelle med en enkelt avbøyende trykkavfølende diafragma som benytter skjøre eller sprø materialer slik som silisium eller andre halvledere for diafragmaen er vist i fig. 3 til 6. Den ferdige følercelle 10 er vist i fig. 6 i overdreven detalj. Det skal bemerkes at tegningene ikke er i målestokk og heller ikke proporsjonale med hva de vil være i en virkelig anordning. Tykkelsen av lagene og dybden av hulrommene og forsenkningene er sterkt overdrevet for tydeligere illustrasjon.

Cellen 10 er tilvirket i en satsvis prosess. Et skivelegeme av silisium indikert generelt ved 40 blir prosessbehandlet for å gi et antall diafragmaer, men kun en slik diafragma er vist i detalj.

Skivelegemet 40 er etset eller radert for å danne forsenkninger 42 på ønskede steder, som vist, og forsenkningene danner tynnere bøyende diafragmaer 43 båret av render 44 som blir utskåret av skivelegemet når den satsvise prosess er fullendt og de individuelle celler 10 skal skilles ut. Den individuelle celleomkrets for en halvdel av en celle er indikert med heltrukne linjer i fig. 3.

Skivelegemet 40 plasseres på toppen av en glassplate 45 som kan være tilvirket av borosilikatglass slik som pyrex. Glassplaten 45 er anordnet med et antall passasjer eller åpninger 46 i en posisjon til å ligge på linje med forsenkninger 42 i skivelegemet 40. Glassplatene 45 er metallisert på kjent måte for å danne tynne metallag innenfor omkretsen av forsenkningene 42. Metallagene danner kondensatorplater 47 for kapasitiv avføling av diafragmabøyning eller diafragmadefleksjon. Åpningene 46 har et metallisert lag 46a som forløper gjennom dette til et metallag 48 på den motsatte side av glassplaten som kan benyttes for å feste elektriske ledere til kondensatorplatene 47 når de individuelle føler-celler er blitt tildannet. Metallaget 46a i åpningene leder elektriske signaler fra kondensatorplatene 47 til de respektive lag 48 som kan benyttes for å feste egnede ledere slik som de vist ved 49. Diafragmaenhetene er således på linje med et stivt basisstøttelag 50 som er dannet av skiven 45 tilvirket av glass.

Skivelegemet og glassplaten blir heftet sammen ved bruk av anodisk binding eller andre bindingsteknikker, slik at det er en binding under randen 44 av diafragmaen og glasskiven for å omslutte fordypningen eller hulrommet 42 og gi en åpning til denne kun gjennom åpningen 46.

I fig. 4 er det vist et ytterligere trinn i prosessen for tilvirking av følerceller hvor trykket pådras som indikert ved pilen 51 til hver av åpningene 46 (flere åpninger i glasskiven ville bli trykksatt samtidig), og på denne måte bøye ut det opprinnelige diafragmaparti eller tynne partiet 43 som er på linje med fordypningen 42. Diafragmaen antar den avbøyde form som generelt vist med den kurveformede linje 43a, og den stiplede linje 43b som dannes når diafragmaen bøyes utad. Trykket holdes for å holde diafragmaen 43 utbøyd i dens utbøyde form forårsaket av trykket som pådras. Deretter vil det utvendige konvekse parti avmerket med stiplet linje 43b bli polert eller slipt slik at det er en flat overflate 43c dannet over hele skivelegemet mens diafragmaene holdes under trykk.

Når trykket representert ved pilen 51 avlastes, avspennes de deflekterende diafragmaer 43 og antar utformingen vist i fig. 5, hvor flaten 43c dermed danner en konkav flate. Flaten 43a vil innta sin opprinnelige hovedsakelig flate utforming. Fordi skivelegemematerialet indikert med stiplede linjer 43b vil ha blitt fjernet, er den konvekse form på flaten 43c i de sentrale partier av den bøyende diafragma speilbildet av den utad bøyde utforming av diafragmaen når den er under trykk.

Et antall cellehalvdeler, indikert ved 10a, tildannes således på ett enkelt skivelegeme og tilheftet glassplate. Et andre identisk tilvirket skivelegeme og glassplate er også tilvirket. For å fullende prosessbehandlingen av følercellen, plasseres to skivelegemer med identiske cellehalvdeler 10a og 10b mot hverandre som vist i fig. 6 med flatene 43c av hver cellehalvdel 10a og 10b vendende mot hverandre. Et lag av glassfritte eller annet egnet bindingsmateriale indikert ved 56 plasseres mellom de motvendende overflater av skivelegemene som bærer følerceller 10a og 10b.

Flatene 43c returneres til deres flate utforming som vist i fig. 4 ved å påføre likt trykk gjennom de respektive åpninger 46 på glassplatene som danner basisene for de to cellehalvdeler. Som vist i fig. 6 er flatene 43c holdt flate og parallelle med glassfrittematerialet 56 mellom flatene. De to skivelegemer 40 kan holdes sammen i en egnet fikstur (ikke vist) for å klemme skivelegemene på plass med en kraft representert ved F mens det er glassfrittematerialet mellom de motvendende flater. Trykk pådras diafragmaen med et egnet hus som ligger over åpningene 46, og likeledes tilføres kontrollert trykk fra kildene 57 og 58 for å avbøye diafragmapartiene, slik at de motvendende ytre flater 43c er flate på alle diafragmaene på et skivelegeme før hefting finner sted. Glassfritte blir benyttet til å binde motvendende flater sammen mens flatene 43c holdes flate. Således vil styring av trykket fra kildene 57 og 58 (som kan være én kilde om ønsket) er viktig mens binding finner sted.

Etter at heftematerialet har herdet vil trykket fra kildene 57 og 58 avlastes på diafragmaene 43. Bindings- eller heftematerialet 56 vil holde diafragmaene 43 på skivelegemene til å danne for hver celle en enkelt ensartet diafragma indikert ved 63 som har flatene 43a holdt i en konkav form som vender mot de respektive flate bærelag 50. Den konkave form korre-sponderer med den avbøyde form av diafragmaen 63. Trykket som benyttes til å bøye diafragmapartiene 43 mens binding finner sted, vil velges slik at det tas i betraktning at den enkelte diafragma 63 er av dobbelt tykkelse når montert. Det konkave parti av diafragmaen er omgitt av en grunn utsparing ved kanten til hulrommet 42.

Skivelegemet og glassplatene blir deretter skåret opp for å danne individuelle følerceller 10. Diafragmaavstanden fra støttebasisen eller plateelementet 50 er vist overdrevent i følercellen ifølge fig. 6, men når trykket på en av sidene av følercellen er svært høy, vil den motsatte flate 43a bevege seg mot den tilhørende støttebasis for å hvile mot støttebas-isen 50 og kondensatorplaten 47 anordnet derpå. Diafragmaen 63 er således støttet mot den flate overflate av støttebas-isen og flatene er flate når under beregnet overtrykk. Spenningene i diafragmaen 63 overskrider ikke de tillatte spenninger og diafragmaen 63 vil være i helhet støttet over sin hele flate.

Diafragmaformene og avbøyningene i fig.3 til 6 er svært overdrevne for illustrasjonsformål, men diafragmaene er tildannet som beskrevet slik at de har konkave flater som vender mot de to støttebasiser 50 for diafragmaen som er identiske med den avbøyde form av diafragmaen ved et ønsket trykk, slik at når slike trykk pådras den motsatte flate av diafragmaen 63, vil flaten 43c som vender mot den respektive støttebasis 50 være hovedsakelig parallell med og hvile flat mot støttebasisen når den kontakter støttebasisen. Diafragmaene kontakter støttebasisen for å forhindre for store spenninger i diafragmaen 63 under overtrykk eller for høye trykk.

Trykkene representert ved pilen 51 og kildene 57 og 58 vil velges til å være trykk som ville forme diafragmaen 63 for noe mer enn det maskimalt nyttige trykkområdet for føler-diafragmaen 63. Da vil de konkave former av flatene 43b være passende slik at diafragmaen 63 vil operere over hele det ønskede trykkområdet, men vil bli i det vesentlige flat og berøre de respektive støttebasiselementer 50 før overbe-lastet. Igjen er avstanden mellom diafragmaflaten og støttebasisen vist overdrevet i tegningene. Kondensatorplatene 47 og senterpartiet av diafragmaen er tilstrekkelig elektrisk ledende til å gi kapasitiv avføling.

I fig. 7 og 8 er en modifisert følercelle illustrert. En halv celle er vist i fig. 7 og halvcellene er dannet i en satsvis behandlingsprosess som benytter et silisiumskivelegeme 40 og en glassplate 45 tildannet som beskrevet med hensyn til fig. 3. Halvcellen innbefatter en bæreplate eller basis 75 tilvirket av egnet glass, og en avfølende diafragmaenhet 76 tilvirket av skivelegemet 40. Diafragmaenheten 76 innbefatter et avbøyende, trykkavfølende diafragmaparti 77 tilvirket ved forming av en forsenkning 78 ved bruk av kjente teknikker slik som etsing. En omkretsmessig rand 79 er formet for å støtte den avbøyende diafragma ved sin kant. Støttebasisen 75 har en kondensatorplate 82 anordnet derpå, og en passasje 83 er åpen til hulrommet 78 under defleksjonsdiafragmaen 77. Passasjen 83 er belagt med metall, og et metallag 84 er anordnet på den motsatte side av glassplaten 75 fra kondensatorplaten 82.

I denne utførelsesform av oppfinnelsen vil glasstøtteplaten eller basisen 75 og silisiumdiafragmaen 76 være sammenbundet ved randen 79, og før utskilling av de individuelle halvcellepartier, som er vist i fig. 7, blir silisiumskivelegemet polert eller finslipt for å fjerne materialet indikert i det stiplede parti 85 i fig. 7 slik at diafragmapartiet 77 blir redusert til ønsket tykkelse.

Ti silisiumskivelegemer og glassplateenheter, hver med et antall halvceller formet som vist i fig. 7, blir lagt på hverandre og på linje med et lag av bindemateriale mellom disse. Individuelle identiske halvceller blir så plassert på linje som vist ved 87a og 87b i fig. 8. Skivelegemene og glassplatene blir holdt i en egnet fikstur og halvcellene 87a og 87b blir satt under trykk fra kildene indikert ved 89 og 90 respektivt gjennom åpninger 83 i halvcellene for å bevirke at de avbøyende diafragmapartier 77 bøyer ut under trykk og sammenpresser bindingslaget 91, som i den viste utførelsesform er et elastisk eller flytbart materiale, slik som smeltet glassfritte, eller et elastisk materiale som vil herde og bli stivt etter herding. Festene som påfører en holdekraft er hensiktsmessig for å innspenne skivelegemene og glassplateenhetene sammen med bindingsmaterialet 91 mellom de to cellehalvdeler 87a og 87b. Trykkene fra kildene 89 og 90 (som vil bli holdt til å være like) bibeholdes ved et ønsket nivå.

Ettersom hvert avbøyende diafragmaparti 77 er uavhengig av det andre, motvendende avbøyende diafragmaparti 77, bøyer diafragmapartiene mot hverandre. Materialet 91 flyter for å oppta denne bøying eller defleksjon og bevirkes deretter til å størkne eller herde for å binde diafragmaenhetene 76 sammen med de avbøyende diafragmapartier 77 holdt i sin avbøyde form som vist i fig. 8 for å danne en enkelt følerdiafragma 93. Flatene 77c som vender mot den flate overflate av de respektive støttebasiser 75 har en konkav form som er den avbøyde diafragmaform når under et trykk valgt til å gi den ønskede form. I bruk, når trykkene på cellehalvdelene er ulike, f.eks. dersom trykket fra kilden 90 virker på cellehalvdelen 87b ble redusert og trykket 89 ble forøket utover det ønskede trykk, ville differansetrykket være ved et nivå slik at diafragmaenheten 93 ville avbøye, og en flate 77c av cellehalvdelen 87b ville avbøyes til å hvile mot flaten av støttebasisen 75 for cellehalvdelen 87b. Flaten 77c ville støttes på den motvendende flate av støttebasisen 75 og ville være hovedsakelig flat når den hvilte mot støttebasisen. Den avfølende diafragma 93 ville således være helt støttet over sin hele overflate under overtrykk når diafragmaflåtene er formet som vist.

Diafragmaenheten 93 er formet av to diafragmapartier 77 heftet sammen slik at den forøkede stivhet av enheten blir tatt i betraktning når trykkene 89 og 90 velges for defleksjon av diafragmapartiene 77 før de heftes sammen.

Det skal bemerkes at selv om den avfølte forskjell i trykk på diafragmaene kan være i et forholds vis lavt område, kan det totale statiske linjetrykk påført gjennom isolasjonsdiafrag-maene som representert ved Pl og P2 i fig. 1 og 2, være temmelig høye og faktisk i området av flere tusen kPa i bruk.

Som vist i fig. 8 vil celleenheten 87, som har en enkelt (men sammensatt) diafragma, ha ledere indikert ved 94 og 95 som kommer fra de respektive kondensatorplater 82 og de avbøyende diafragmapartier 77. Defleksjonsdiafragmaen er tilstrekkelig ledende eller i det minste har den konduktive partier tilstrekkelig til å tillate kapasitiv avføling av defleksjon-en. Platene og diafragmapartiet vil gi kapasitive signaler som indikerer avstanden mellom platen 82 og den tilstøtende diafragmapartiflate. Egnede kjente krester kan benyttes. Når diafragmapartiene 77 av de to cellehalvdeler er adskilt av et isolerende bindingslag, kan lederne 95 benyttes for å indikere individualitet for kapasitansen i de respektive cellehalvdeler med hensyn til kondensatorplaten 82 som ligger under dette diafragmaparti 77.

Igjen danner diafragmapartiene en enkelt diafragmaenhet 93 for å avføle forskjeller i trykk som virker på motsatte flater. Flatene som vender mot støttebasisene 75 er formet slik at overflatene har samme form med den avbøyde form av den avfølende diafragmaenhet 93 ved et ønsket trykk. Når diafragmaen 93 er støttet under overtrykk, vil flaten støttet mot den respektive støttebasis 75 ligge hovedsakelig flatt mot den flate overflate av støttebasisen 75.

En modifisert følercelle, slik som den vist ved 10, er beskrevet i forbindelse med fig. 9 til 14. I denne utførel-sesform av oppfinnelsen blir igjen en satsvis prosessbehandling benyttet, men fremstillingstrinnene er noe for-skjellig.

Det vises til fig. 9, hvor et silisiumskivelegeme indikert generelt ved 100 blir preparert ved å danne forsenkninger eller hulrom 101 på ønskede steder for å gi et tynnere diafragmaparti 102 på linje med disse forsenkninger. Forsenkningene danner også randpartier 103 som omgir hver av diafragmapartiene. Randpartiene 103 er delt når de individuelle følercellehalvdeler blir skåret ut av skivelegemet som vist generelt ved de stiplede linjer 104. Når oppdelt langs linjene 104, vil diafragmaenhetene 105 bli tildannet med en rand som støtter de avbøyende diafragmapartier 102 ved deres kanter. Diafragmapartiene kan være i hovedsak firkantede eller runde i planriss.

Silisiumskivelegemet 100 har flere diafragmapartier 102 formet derpå og det blir deretter montert på en metallverk-tøyplate indikert ved 110 som har et antall forholdsvis store åpninger 111. Hver åpning 111 er plassert for innretting med en av de respektive hulrom 101 formet under diafragmapartiene 102 på silisiumskivelegemet. Et vokslag plasseres mellom overflaten av silisiumet og metallet for å gi en tetning. En manifold vist skjematisk ved 116 blir deretter plassert over flaten 115 av en metallverktøyplate og avtettes med en tetning 116a for å gi trykk fra en kilde 116b til hvert av hulrommene 101 gjennom åpninger 111 for derved å bøye diafragmapartiene utad som vist med stiplede linjer ved 102b i fig. 9. Metallverktøyplaten og skivelegemet blir holdt sammen med manifolden ved bruk av egnede fikseringsinn-retninger. Den ytre overflate av silisiumskivelegemet 100 blir deretter finpusset (eller polert) flatt mens trykket holdes i hulrommene 101. Tykkelsen av silisiumskivelegemene representert ved pilen 117 er omkring 0,3175 mm. Når trykket fra kilden 116b avlastes, vil diafragmapartiene 102 innta formen som vist i fig. 10, med en øvre flate som har konkave overflatepartier 102a, hvor hver danner et tynnere diafragmaparti . Overflaten 102d blir polert for å redusere dybden av hulrommene 102a og også gi en polert overflate til hvilken glasset kan anodisk bindes. Den konkave form har da hovedsakelig den samme form med den avbøyde form av diafragmaen ved det trykk som er gitt under slipeoperasjonen. Trykkområdet fra trykkilden 116b vil vanligvis være i området fra 3,4 MPa for en 0,7 MPa trykkforskjel1sføler.

Etter finsliping og polering av overflaten 102d har silisiumskivelegemet en dimensjon vist ved 118 på omkring 0,2921 mm. Skivelegemet fjernes fra metallverktøyplaten 110 og den tidligere polerte overflate 102d av skivelegemet 100 blir anodisk bundet til en pyrexplate 120 som vil danne individuelle følerstøttebasiser når lagene skjæres til individuelle følerceller som vist ved stiplede linjer 104 i fig. 11. Hver enkelt av følercellene er indikert ved 121. De konkave flater 102a ligger over anordnede åpninger 122 som er festet i glassplaten 120. Åpningene 122 er omgitt av grunne forsenkninger 122a på overflaten av glassplaten som vender mot silisiumskivelegemet. Forsenkningene sikrer at skivelegemet ikke blir bundet til glasskiven i området hvor diafragmaen er formet. Imidlertid holder den anodiske binding overflaten 102 av randseksjonene 103 bundet til glassplaten 120, slik at hulrommene indikert ved 124 under hver av flatene 102a danner trykktette hulrom.

I det neste trinn ble forsenkningene 101 som først ble formet i skivelegemet 100 fjernet ved å slipe bort deler av randpartiene 103 mellom hulrommene 101. Monteringen av skivelegemet 100 og glassplaten 120 er vist i fig. 12 med en flat ytre overflate 126 på silisiumskivelegemet 100, og derfor med silisiumskivelegemet vesentlig redusert i tykkelse vist ved dimensjonen 125, f.eks. i området av 0,1346 mm total tykkelse, med en minimumstykkelse i diafragmapartiene 102 over hulrommene 124 på omkring 0,1219 mm.

Den heftede enhet av silisiumskivelegemet 100 og pyrex eller glassplaten 120 vil deretter bli ytterligere behandlet ved å påføre et trykk til hver av åpningene 121 (gjennom bruk av en manifold slik som manifolden 116) som bevirker at de tynnere diafragmapartier 100 bøyer utad som vist med stiplede linjer ved 102e i fig. 12. Overflaten 126 blir finslipt eller polert flat mens trykket opprettholdes i hulrommene 124. Dette trykk vil være mindre enn trykket benyttet i det første trinn ettersom diafragmapartiene er tynnere, etter å ha slepet og polert til den ønskede tykkelse før trykksetting av åpningene 122 i glasskiven 120.

Når trykket deretter fjernes fra åpningene 122 og hulrommene 124, vil de avbøyende diafragmaseksjoner 102 gå tilbake til sine opprinnelige stillinger. Dette vil etterlate konkave flater 102c på den motsatte side av diafragmapartiet 102 fra flatene 102a. Flatene 102c har også hovedsakelig den samme form som den avbøyde diaf ragmaf orm når den avbøyende diafragma utsettes for trykk. Som vist i fig. 13 vil flaten 126 bli polert for å bringe tykkelsen til omkring 0,1245 mm som indikert ved størrelsen 128. Aluminiumsoksyd kan benyttes for et finslipings-eller poleringsmiddel.

Således har de avbøyende diafragmapartier 102 krumme overflater på motsatte sider som danner et senterparti med redusert tykkelse.

I det endelige trinn for dannelse av følerceller i denne form for satsvis prosessbehandling, er en andre glasskive 130 anodisk bundet til flaten 126 av skivelegemet 100. Denne andre glassplate 130 har også åpninger 132 som fører til hver av flatene 102c, og når platen 130 er bundet på plass, kan det sees at det er et hulrom 134 utformet på den motsatte side av silisiumskivelegemet fra hulrommene 124. Disse er grunne fordypninger 132a som omgir åpninger 132 for å sikre at flaten 102c ikke binder til glassplaten 130.

Følercellene blir deretter skåret opp langs de stiplede linjer indikert ved 135 for å danne individuelle glassbasiser 131 og 121 med en diafragmaenhet 105 klemt mellom disse. Diafragmaenheten 105 har avbøyende partier 102 støttet ved randelement 103.

Trykket benyttet for finsliping eller polering av de buede flater må styres slik at den buede flate ikke bare blir presset flat. Slipekraften styres i forhold til trykket som virker mot diafragmaen, slik at nettokraften er viktig. Dersom trykkmediet som virker mot diafragmaen er væske og er innfanget på stedet (avtettet) ved korrekt trykk, så er bekymringen overfor slipekraften ikke lenger nødvendig ettersom væsken ikke ville la diafragmaen flate ut.

De individuelle følerceller 136, når skåret ut langs linjene 135 er formet til firkantede seksjoner og følercellene er like med cellene 10. cellene 136 kan sammenklemmes mellom støtte-eller hussylindere 11 og 12 som vist i fig. 1 for å avføle differansetrykk..

Her også er de tilformede diafragmaflater 102a og 102c slik at de har hovedsakelig den konkave form av en avbøyd diafragma som vender mot den respektive støttebasis 121 eller 131, slik at når differensialtrykk påføres, f.eks. i hulrommet 134, og det når et maksimalt ønsket overtrykk, vil flaten 102a være hovedsakelig flat idet den hviler mot den motvendende flate av sin respektive støttebasis 121.

Den motsatte virkning skjer dersom trykket i kammeret 124 er større enn det maksimalt tillatte overtrykk enn det i kammeret 134, fordi da vil flaten 102c hvile flatt mot støtteblokken 131. Avføling av diafragmadefleksjon kan velges etter ønske, som vist har flaten 102a deformasjonsmålerresistorer 137 anordnet derpå for å avføle slik defleksjon. Begge flater 102a og 102c kan ha slike deformasjonsmålerresistorer, eller glasstøttebasisene kan ha anordnet kondensatorplater derpå for kapasitiv avføling om ønsket.

Fig. 15 viser en foretrukket utførelsesform for innspenning av hver av de individuelle følerceller slik som den vist ved 10. Andre følerceller vist i tidligere figurer er separat nummerert, men cellen 10 skal representere generelt de former av følerceller som er beskrevet. Følercellene er festet mellom sylinderene 11 og 12 på en måte som bibeholder integritet og stivhet av følercellene ved å gi adekvat støtte og som det vil bli forklart, kan monteringen utføres til å gi kompensasjon for forskjeller i spenninger på diafragmaen i følercellen under ulike statiske linjetrykkforhold.

Mens de fysiske proposjoner av følercellen vist i fig. 15 og 16 ikke er fullt spesifikt i de andre figurer, er tegningene som ikke er i målestokk kun for illustrerende og forklarende formål. Det skal forstås at størrelsen (arealet) av føler-cellen 10 er omkring 1,30 cm<2>, og den totale lengde av følerenheten vist i fig. 15 kan være i området av 2,5 cm, selv om illustrasjonene er i skjematisk målestokk for illustrasjonsformål.

I en første utforming av huset er følercellen 10 vist plassert mellom sylinderene eller blokkene 11 og 12 som vist i fig. 1. Den skjematiske fremstilling i fig. 2 er lignende. Inngangstrykkrørene 27 og 34 passerer gjennom endelokk 150 og 152 respektivt, og rørene 27 og 34 er på tettende måte anpasset inn i anordnede åpninger eller trykkpassasjer i pyrexen eller glasset som monterer sylinderene 11 og 12. Trykket transporteres fullstendig gjennom pyrexsylinderen. Egnede tetningselementer for inngangstrykkrørene kan benyttes som indikert ved 151 og 153.

Trykk som skal avføles blir således transportert til motsatte sider av følercellen 10 gjennom glassmonteringssylindere eller blokker 11 og 12 og gjennom anordnede åpninger i følercellen, f.eks. åpninger 46 i følerstøttebasisene 50 for den første utførelsesform av oppfinnelsen.

I denne form av oppfinnelsen klemmer glassmonteringssylinderene 11 og 12 følercellen 10 rundt sin omkrets ved å benytte tetningsmiddel og presser overførende støtteringer 155 på motsatte sider av cellen som gir en klemkraft Fc. Tetningene 155 danner små, svært tynne kammere 156 og 157 mellom de ytre flater av cellen 10 og respektive ender monteringssylinderene II og 12. Trykket i rørene 27 og 34 respektivt vil være tilstede i kamrene 156 og 157 på motsatte sider av følercel-len og således virker trykkene på glasstøttebasisene 50 av cellen (eller glasstøttebasisen av den andre form for viste celler). Avstanden mellom støttebasisene 50 og den respektive monteringsblokk er tilstrekkelig liten slik at når utsatt for forstore differansetrykk vil glassbasisene bli støttet på enden av den tilstøtende monteringssylinder 11 eller 2 for å forhindre skade under høye overtrykk.

Støtte- eller hussylinderene 11 og 12 (tilvirket av pyrex-glass) har den samme termiske utvidelseskoeffisient som glasstøttebasisene 50 og dette hjelper i å opprettholde stabilitet under ulike temperaturforhold.

Endelokket 150 virker mot basisen av sylinderen 11 gjennom en tallerkenfjaer 160 med passende fjærgrad. Endelokket 152 kan virke gjennom en egnet pakning 162 for å holde monteringssylinderene og cellen i stilling. Klemmen er innstilt ved et nivå som holder følercellen i sammentrykning under bruk.

Strekkbolter 163 er anordnet for å holde endelokkene 150 og 152 sammen og gir den nødvendige klemkraft. En halvlederchip 164 kan monteres på en av glassmonteringssylinderene og kan innbefatte kapasitive følerkretser koplet til føleren med ledere 165.

En modifisert form for følerenhet er vist i fig. 16 og i dette tilfellet benyttes endelokkene 150a og 152a og de holdes sammen med en hylse 170 som er sveist på plass til endelokkene med en avtettende sveis 171 ved hver ende. Hylsen 170 blir plassert under strekk for forspenning før sveising og holdes under strekk når sveist på plass for å klemme endelokkene mot monteringssylinderene 11 og 12 under sammentrykning når strekklasthylsen 170 blir avlastet etter sveising. Trykk blir satt på følercellen under bruk. En hermetisk tetning er formet ved sveiser 171 rundt omkretsen av endelokkene 150a og 152a.

Glassylinderene 11 og 12 som vist i fig. 16 støtter glasstøt-tebasiser 50 av cellen 10 over deres hele overflate med en glassfritte 173 plassert mot støttebasisene 50 for å gi klemkraften fra strekket i røret 170 (eller andre klemele-ment) over hele de viste motsatte flater av følercellen 10. Likeledes kan lodding indikert ved 174 benyttes over hele endeflaten av glassylinderen 12 for å holde sylinderen 12 på plass.

Røret 170 kan ha en egnet elektrisk gjennomføring 175 for å transportere elektriske signaler fra en halvlederchip 176 festet til en av glassmonteringssyliderene, som igjen kan ha kapasitive følerkretser derpå. Chipet er koplet til ledere 177 fra følercellen 10. Lederne på følercellen er forbundet til kretssystemet på chipen 176 på konvensjonell måte.

Claims (14)

1. Føler for å avføle trykket i et fluid og for å gi 'en utgang som indikerer slikt trykk, omfattende innløpsinnretninger med et hull (46,83,122,132) som forløper fra et innløpsområde til en innløpsflate (43C, 77C, 102A) for å lede et fluidtrykk fra innløpsområdet til innløpsflaten (43C, 77C, 102A) omfattende; diafragmainnretninger (63,93,102) for å avføle trykket, der diafragmainnretningene er oppbygd av en første plate (40,100) tilvirket av sprøtt, ikke-metallisk materiale som har et avbøybart område (43,77) som for å måle trykkene og har en ytre rand (44,79,103) som danner en støtte for det avbøybare området (43,77); en baereplate for å bære den første plate (40,100 ) og dannet av en andre plate (45,120) tilvirket av sprøtt, ikke-metallisk materiale som har en hovedsakelig plan bæreflate (50,75,120,130), der diafragmaen (63,93,102) er festet til bæreflaten (50,75,120,130) ved en grenseflate med randen (44,79,103) av diafragmaen (63,93,102), der både den første plate (40,100) og den andre plate (45,120) har motvendende flater som danner stoppflater, hvor stoppflaten av bæreflaten (50,75,120,130) passer med den for diafragmaen (63,93,102) når avbøyd i en stilling under gradert overtrykk slik at det avbøybare området (43,44) bæres av bæreplaten tvers over et vesentlig parti av det avbøybare området når et gradert overtrykk påsettes; følerinnretninger anordnet i føleren for å avføle avbøyningen av det avbøybare området (43,77 ) og for å tilveiebringe en utgang som indikerer trykket; karakterisert ved at en av stoppflatene har et konkavt parti gradert til å ha samme form som formen av det avbøybare området når slikt gradert overtrykk påsettes (43C,77C,102A).

2. Føler Ifølge krav 1,karakterisert ved at tykkelsen av det avbøybare området (43,77) er gradert slik at det avbøybare området (43,77) er konkavt og danner det konkave parti når diafragmainnretningen (63,93,102) er ved lav avbøyning.

3. Føler ifølge krav 1, karakterisert ved at formen av det konkave parti (43C,77C,102Å) er et speilbilde av den avbøyde første platen (40,100).

4 . Føler ifølge krav 1,karakterisert ved at den avfølende innretning er en deformasjonsmåler (137) anordnet på diafragmainnretningen (63,93,102).

5 . Føler ifølge krav 1,karakterisert ved at den avfølende innretning er en kapasitiv innretning som innbefatter en fast konduktiv kondensatorplate (47,82) anordnet på støtteflaten (50,75,120,130) kapasitivt koplet til et ledende parti på det avbøybare området (43,77) for å gi en kapasitans som indikerer trykket.

6- Føler ifølge krav 4,karakterisert ved at den innbefatter: et par fleksible isolatordiafragmaer (63,93,102) tettende festet til innløpsområdene som omgir hullene (46,83,122,132) for å isolere følerinnretningen fra fluidet; og et dielektrisk hovedsakelig inkompresibelt fluid som hovedsakelig oppfyller rommet mellom isolatordiafragmaene (63,93,102) og diafragmainnretningene for å overføre trykk fra isolatordiafragmaen til diafragmainnretningen.

7. Føler ifølge krav 1,karakterisert ved at føleren innbefatter et par halve følercellepartier (10A.10B, 87A,87B), hvor hver av nevnte halvcellepartier innbefatter en halvdel av diafragmainnretningen (63,93,102) og en av innløpsflåtene (43C,77C,102A) som har en konkav form, hvor to av følercellehalvdelene er bundet sammen for å danne diafragmainnretningen.

8. Føler ifølge krav 1,karakterisert ved at innløpsinnretningen innbefatter et par støttebasiser for diafragmainnretningen (63,93,102) og støttebasisene (50,75, 120,130) og diafragmainnretningene innbefatter en følercelle (10), og innretninger for å montere følercellen (10) for å avføle trykk innbefattende monteringsblokker støttet på respektive støttebasiser på motsatte sider av følercellen (10), hvor monteringsblokkene er tilvirket av et materiale med hovedsakelig den samme temperaturutvidelses-koeffisient som støttebasisene.

9. Føler ifølge krav 8,karakterisert ved at den innbefatter innretninger for å innspenne monteringsblokkene til følercellen (10), hvor monteringsblokkene har innretninger til å overføre klemkrefter til støttebasisene (50,75,120,130) kun inntil omkretsene av støttebasisene i hovedsakelig flukt med den ytre rand (44,79,103) av diafragmainnretningen (63,93,102).

10. Føler ifølge krav 1, karakterisert ved at materialet i den første platen (40,100) er et halvlederma-teriale og det i den andre platen (45,120) er et glassmateri-ale.

11. Føler ifølge krav 1, karakterisert ved at den første platen (40,100) har respektive hovedsakelig identiske konkave partier (102A,102C) på hver av sine motsatt vendende flater (102D), der det videre er en tredje plate (130) som danner et lag festet til kanten av den første platen (40,100) på den motsatte side hvortil den andre platen (45,120) er festet, der både den andre (45,120) og den tredje plate (130) har respektive trykkinngangsåpninger (46,83, 122,132), og trykkføleren er en trykkforskjellføler, og flatene på både den andre (40,120) og tredje (130) plate som vender mot diafragmaen (63,93,102) er plane.

12. Fremgangsmåte for oppbygging av trykkføleren ifølge et eller flere av de foranstående krav, innbefattende trinnene av å bringe de første og andre plater til å vende mot hverandre og feste en til den andre i motvendende stilling, tildanning av det konkave parti i en av platene, og fortsette med opp-byggingen av trykkføleren, karakterisert ved at det konkave parti tildannes i speilbildet av den deflekterte diafragmautforming ved trinnene av: forårsake en bøy (43B,102B) i en motvendende flate ved å utbøye den første plate (40,100) med hensyn til den andre plate (45,120) ved å påsette et trykk mot den motsatte side, fjerne et materiallag fra den bøyde plate inntil overflaten er hovedsakelig plan, og tildanne det konkave parti (43C,77C,102A) ved hvilestilling ved å fjerne trykket.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at trinnet av å bevirke en bøy (43B,120B) i overflaten innbefatter å påsette et gradert overtrykk.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at den første plate (40,100) avbøyes først til en side og deretter til den andre ved å påsette identiske trykk på den ene og deretter den andre side av diafragmaen (63,93, 102), og i hvert av disse tilfeller fjernes et materiallag fra den respektive bøyde flate (43B,102B) og respektive, identiske konkave partier (43C,77C,102A) tildannes på begge motsatte sider av diafragmaen (63,93,102).