TW463039B - Baffle for a capacitive pressure sensor - Google Patents

Description

4 6303 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（-- 發明背景 本發明是關於-種電容式壓力感測器，其感測—膜片 與一電極之間的電容改變。 電容式壓力感測器用於很多用途，包含天氣控制系統 5與半導體處理。廢力感測器具有一外殼、一在外殼中用於 接收被感測壓力之流体(氣体或液体)的輸入、一導電性撓 性膜月及一鄰近於膜片的電極。膜片與電極之間具有—電 容。當膜片響應於來自流體之壓力而相對於電極移動的時 候’感測器感測電容的\改變。 10 所欲者為，在待感測壓力的流體入口與撓性臈片之間 具有一阻板。阻板幫助防止污物污染膜片。美國專利 5,811，685號，其附於此供各種目的之參考，描述—阻板 與某些先如的阻板設計。專利又討論阻板在此感測器中的 理由與利益。 15 發明概述 本發明的電容式壓力感測器具有一外殼、一膜片與— 阻板’外殼具備一入口以用於接收流體，膜片響應於流體 的壓力而撓曲，阻板的設計是提供一高展弦比徑向路徑， 20 以用在流動於入口與膜片之間的氣体分子。較佳地，本發 明也包含一粒子捕捉系統（其亦為阻板），系統安置成為俾 使阻板在捕捉系統與膜片之間。由阻板形成之一路徑的展 弦比（徑向長度與間隙的比）大於1〇 ’較佳為大於50。 在另一特色中，電容式壓力感測器具有一外殼、一膜 ^紙張Hi®财關冢標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） IJ xtx i ---------------. f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 46303 9

片與—阻板’外殼具借—人口以用於接收流體，膜片響應 於流體的壓力而撓曲，阻板在人π與膜片之間，阻板的設 計是俾使自入口至膜片的分子所採取之路徑產生分子流， 其與層流相反。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 卩且板較佳為安置絲近膜#，以致於它們之間具有小 的空間，俾使感測器快速響應於氣体壓力的改變。 2板形成之較高的展弦比路徑使分子到達膜月撓曲部 为以别粘附於阻板或外殼表面的可能性增加，藉以保護膜 片防止殿積。阻板與膜片之間的小空間不會使響應時間減 10少，而大的空間則會。其他特性與優點從下面詳細說明、 圖與申請專利範圍將可明白。 圖式簡單說明 圖1疋依據本發明之感測器的一半之剖視圖。 15 圖2是粒子捕捉的平視圖。 圖3是依據本發明之阻板的平視圖。 詳細說明 圖1顯示感測器10的一部分之一對稱半部的剖視 20圖。感測器10具有一外殼構件12，其具備一入口 14，用 於接收待感測的流體。一膜片16焊接於外殼構件12與另 一外殼構件18之間。一室20由膜片16與外殼構件18圍 繞，且具有所欲的壓力，例如，零壓力。鄰近於膜片Μ 者是一電極22，其由一柱24支撐。雖然在此處顯示成單 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐了 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ——訂---------線〇--------------------- 4β303 9 經濟部智1財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（ -導電片’但電極可以是形成於—介電（H)碟片上的一 或更多導電薄膜。膜片與電極之間具有一電容。膜片 響應於在人口 14中之流體壓力的改變而撓曲，於是改變 膜片與電極之間的電容。 5 在入口與膜片之間的路徑者是一捕捉系統28，而在 捕捉系統28與膜片16之間者是一阻板3〇。捕捉系統28 的設計更詳細說明於所附的專利。此處也參考圖2，捕捉 系統28具有一中央部分34，其直徑大於入口 M，以將自 入口至膜片的直接路徑、堵塞。圍繞於中央部分者是很 10多周緣開口 36。這些開口形成二系列扇區，其繞著捕捉 .系統而在圓周方向均勻隔離，且亦配置在徑向的不同直 徑。 參考圖1，來自入口 14的粒子通過外殼構件12與捕 捉系統28之間的環形區域38，然後通過開口 36(除非粒 15子小到不能搭配環形區域或開口）。環形區域38與開口 36具有適當尺寸’以防止相當大的粒子（例如，25〇微米 及更大）通過。 也參考圖3，阻板30基本上是圓形金屬板’具備複 數圍繞於圓周之均勻隔離的調整片4〇β這些調整片基本 20上界定很多環形扇區42，其在阻板30與外殼構件12之 間的徑向寬度和調整片的長度相同。於是，阻板的設計及 其相對於外殼的位置將開口界定為流體可以通過的扇區。 阻板30安置成與外殼構件12相鄰，以界定一徑向路 徑44 ’用於供包含任何污染物類成分的氣体流動於開口 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公楚）

463039 五、發明說明

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ”裒形扇區42之間，然後流到膜片l6。此徑向路徑的 展弦比界定為自開口 36至環形扇區42的路徑之一徑向長 度1與間隙d之比，間隙d代表阻板30與外殼構件12之 間的間隙。依據本發明之展弦比大於1〇，較佳為大於 5 50。長度較佳為至少〗公分，較佳為在約1_4公分的範 圍’間隙較佳為不大於約〇丨公分，較隹為在約〇〇25_〇：1 公分的範圍。 行進於此高展弦比路徑的污物分子在行進於此路經 時，可能與阻板30及外殼構件12的表面碰撞數百次。此 10分子澱積於阻板30或外殼構件12的表面之機率是這些磕 撞的數目與粘性係數的函數。隨著碰擭的數目増加。此分 子澱積的可能性戲劇性地上升。如果碰揸的數目大於 100，則即使是低的的數目與粘性係數亦將導致澱積於阬 板與外殼表面之高機率，藉以保護膜片，以防澱積污染物 15類。於是，路徑的設計使得污物殺積很可能發生。 路徑產生一在正常真空處理狀況的分子流，即’小於 1 〇 0 m T。此分子流促使橫㈣隙的分子與表面發生多次礙 才里，此與層流相反，其令流動之一邊界層圍繞且孤立—令 心流。在分子射，其錢⑽反，—分㈣平均自由路 20徑遠大於路徑（此處係間隙）的尺寸；即，一分子撞擊路徑 之壁比它撞擊其他分子還要頻繁。 = 如果阻板與膜片之間有大的空間，則膜片的響應時間 由於所產生的氣壓時間常數而減少，氣壓時間常數定義為 V/C ’其中V是在-具備電導C之通路後方的体積。然、' 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

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46303 9 五、發明說明（ 而’藉由本發明’阻板與膜月之間的空間小，以致於響應 快速’即使小間隙由於將流動收縮而施加較低的電導時亦 然。阻板30與膜片16之間的間隙g較佳為在約_ 0.1公分的範圍’且阻板30與膜片16之間的内部空間5〇 5較佳為小於〇·1立方叫'(1‘6立方公分），且大於〇·〇5立方 吋（0.8立方公分）。 捕捉系統28較佳為由抗腐蚀、不污染的材料製成， 諸如不銹鲫或諸如英高鎳的合金。阻板30亦較佳為由金 屬製成。 10 本發明的阻板於是提供一有利的長路徑，用於允許分 子碰撞及在到達膜片以前撞擊，同時在阻板與膜片之間提 供一小而有利的空間。 在說明本發明的實施例以後’應該明白，可以做修改 而不偏離由附屬申請專利範圍所界定之本發明的範鳴。例 15 如’阻板系統可以使用一差動電容器感測器。 圖式之代號說明 ---------------ill-------------^ 1^)^.. f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 符號 10 12 14 16 18 20 名稱 感測益 外殼構件 入口 膜片 外殼構件 室 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 46303 9 A7 五、發明說明（ 6) 22 電極 24 柱 28 捕捉糸統 30 阻板 5 34 中央部分 36 周緣開口 38 環形區域 40 調整片 42 環形扇區 10 44 徑向路徑 d 間隙 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1 -------—訂------— i— . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 46303 9 Λ8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 1_ —種電谷式麼力感測器，包括： —外殼，外殼具備一入口以用於接收流體； (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 一膜片’膜片響應於流體的壓力而撓曲； 一電極，其與電容器隔離，以界定一電容，電容響應於 5 膜片的移動而改變；及 —阻板，阻板安置於入口與膜片之間，且界定一或更多 開口，分子在到達膜片以前通過該開口，阻板的安置與 形狀係俾使在分子能到達膜片以前，分子必須自入口沿 者在外咸與阻板之’間的路徑行進而到達開口，其中路 10 徑長度與一在外殼與阻板之間的間隙之比率至少為10。 2·如申請專利範圍第1項之感測器，其中比率至少為5〇。 、1T 3,如申請專利範圍第1項之感測器，其中阻板與膜片的間隔 不大於0.1公分。 4-如申請專利範圍第1項之感測器，其中阻板與膜片之間的 15 空間不大於1.6立方公分。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 ’如申3青專利範圍弟1項之感測器，又包括一在入口與阻板 之間的粒子捕捉器，捕捉器具有一越過入口的封閉中央 部分與在周緣區域中的開口。 6. 如申請專利範圍第5項之感測器，其中阻板實質上為圓 20 开^，具備被數卓間隔的調整片，以在調整片之間於圓周 方向及在阻板與外殼之間於徑向界定如同開口的環形 扇區。 7. 如申請專利範圍第6項之感測器，其中路徑的長度是握 46303 9 A8 BS C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 ~~ 向’且自捕捉器的開口延伸至阻板中的扇區。 8·如申請專利範圍第1項之感測器，其中阻板實質上為圓 形’具備複數等間隔的調整月’以在調整片之間界定扇 區0 5 9’如申請專利範圍第1項之感測器，其中路徑的長度至少為 1公分。 “ 10.如申請專利範圍第9項之感測器，其中路徑的長度在i 公分至4公分的範圍。 η·如申請專利範圍第9項之感測器，其中間隙不大於〇1公 ίο 分。 12.如申請專利範圍第丨項之感測器，其中間隙不大於〇. 1公 分。 13·一種電容式壓力感測器，包括： 一外殼，具備一入口，入口在一平面具有第—直徑； 15 一第一阻板構件，其具備一平行於平面的封閉中央部 刀，且具有大於第一直徑的第二直徑，以及周緣開口， 用於允許小於開口的粒子通過； 撓性膜片’其平行於平面且連接至外殼；及 —平行於平面的第二阻板構件，第二阻板安置在膜片與 20第一阻板構件之間，且具有大於第二直徑的第三直徑， 以及一與外殼隔離的周緣，以允許流体自垂直於平面的 方向通過。 14·如申請專利範圍第13項之壓力感測器，其中一在第一阻 -10 ” 本f張纽適用中關家榇準2獻297公$)-_- ---------楚--v—：—:―訂.------绛） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 463039 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 板構件的開口與周緣之間的徑向路徑具有大於丨〇的展 弦比。 裝^-I , - (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁} 15.如申請專利範圍第14項之壓力感測器，其中展弦比大於 50。 ' 5 i6.如申請專利範圍第η項之壓力感測器，其中外殼具有一 環形開口，以允許粒子自入口行進至第一阻板構^中的 開〇。 17·如申請專利範圍第項之㈣感測器，其中第二阻板構 件與膜片之間的空間、小於1.6立方公分。 丨。如申請專利範圍第π項之壓力感測器，其中第一阻板構 件的開口與周緣之間的徑向路徑具有大於1〇的展弦比。 r、1T· _ 19 ·如申請專利範圍第〗8項之壓力感測器，其中展弦比大於 50 〇 、 20. —種電容式壓力感測器，包括： 15 一外殼，外殼具備一入口以用於接收流體； 線 一膜片，膜片響應於流體的壓力而撓曲； 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 一電極，其與電容器隔離，以界定—電容，電容響應於 膜片的移動而改變；及 一阻板，阻板安置於入口與膜片之間，且界定一或更多 2〇 開口，分子在到達膜片以前通過該開口，阻板的安置與 形狀係俾使在分子能到達膜月以前，分子必須自入口沿 著一在外殼與阻板之間的路徑行進而到達開口，其中路 輕的幾何形狀產生一分子流。 本紙 (21Q謂公兼） 46303 9 Αδ Β8 C8 D8 10 六、申請專利範圍 21·如申請專利範圍第2〇項之感測器，其中阻板與膜片之間 的空間不大於1.6立方公分。 22_如申請專利範圍第20項之感測器，又包括一在入口與阻 板之間的粒子捕捉器，捕捉器具有一越過入口的封閉中 央部分與在周緣區域中的開口。 23. 如申請專利範圍第22項之感測器，其中阻板實質上為圓 形，具備複數等間隔的調整片，以在調整片之間於圓周 方向及在阻扳與外殼之間於徑向界定如同開口的環形 扇區。 24. 如申請專利範圍第23項之感測器，其中路徑的長度是徑 向’且自捕捉器的開口延伸至阻板中的扇區6 25如申請專利範圍第20項之感測器，其中阻板實質上為圓 形’具備複數等間隔的調整片，以在調整·片之間界定扇 區。 15 ---------裝1! (請先閱讀背面之注#^項再填寫本頁) 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）