WO2016087147A1 - Kapazitiver relativdrucksensor - Google Patents

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WO2016087147A1
WO2016087147A1 PCT/EP2015/075499 EP2015075499W WO2016087147A1 WO 2016087147 A1 WO2016087147 A1 WO 2016087147A1 EP 2015075499 W EP2015075499 W EP 2015075499W WO 2016087147 A1 WO2016087147 A1 WO 2016087147A1
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WO
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base body
measuring
counter electrode
electrode
nanoparticles
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/075499
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English (en)
French (fr)
Inventor
Anh Tuan Tham
Original Assignee
Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0654—Protection against aggressive medium in general against moisture or humidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance

Definitions

  • the invention relates to a capacitive relative pressure sensor, comprising a base body, a measuring membrane which can be acted upon externally by a pressure to be measured, whose outer edge facing the base body is pressure-tightly connected by means of a joint to an outer edge of an end face of the base body facing the measuring membrane, one below the measuring membrane enclosed pressure measuring chamber, the one passing through the base body through a reference pressure supply
  • Reference pressure can be fed to a capacitive electromechanical transducer for metrological detection of a dependent of the pressure to be measured deflection of the measuring diaphragm, with a on a base body facing side of the
  • Measuring membrane disposed or formed by the measuring membrane electrode and a facing on one of the measuring membrane end face of the base body arranged counter electrode, and on a surface of the counter electrode and the counter electrode surrounding region of the end face of the base body applied hydrophobic coating.
  • Relative pressure sensors serve to measure a pressure to be measured from the outside on the measuring diaphragm relative to a reference pressure supplied to the pressure chamber, e.g. the atmospheric pressure, to measure.
  • Capacitive relative pressure sensors regularly comprise a main body, a measuring diaphragm, which can be acted on from the outside with a pressure to be measured, including a pressure chamber, a reference pressure supply, via which a reference pressure can be supplied to the pressure chamber, and a capacitive sensor
  • Electromechanical transducer for metrological detection of a dependent of the pressure to be measured deflection of the measuring diaphragm, which arranged on a side facing the base of the measuring membrane electrode and one on one of
  • Measuring membrane facing the end face of the main body arranged counter electrode comprises.
  • the measuring diaphragm and the base body are made of ceramic, and have an outer edge of the measuring diaphragm with an outer one
  • Reference pressure supply into the pressure measuring chamber passing gas, usually air, moisture can penetrate into the pressure measuring chamber, which can condense when falling below the dew point in the interior of the pressure measuring chamber.
  • gas usually air
  • moisture can penetrate into the pressure measuring chamber, which can condense when falling below the dew point in the interior of the pressure measuring chamber.
  • Adsorbed water molecules cause a change in the sensor properties, esp. A change in the effective electrode areas and / or the effectively effective dielectric properties of the trapped between the electrode and counter electrode medium, which affects the pressure measurement.
  • organic coating materials are used.
  • EP 1 061 31 1 A1 describes a capacitive ceramic relative pressure sensor with an organic hydrophobic coating of the inner walls of the pressure measuring chamber, in which a silicone oil, a paraffin oil or a silicone resin based on fluorinated siloxanes or of methyl polysiloxanes is used as the hydrophobic impregnating agent , The coating described there is produced by the pressure chamber evacuated via the reference pressure supply, and then with one of the silicone oil, a paraffin oil or a silicone resin based on fluorinated siloxanes or of methyl polysiloxanes is used as the hydrophobic impregnating agent , The coating described there is produced by the pressure chamber evacuated via the reference pressure supply, and then with one of the
  • Impregnating agent and a solvent with high vapor pressure existing liquid is flooded. Subsequently, the solvent is evaporated, and the impregnating agent is baked by heating the pressure sensor to a temperature of about 200 ° C.
  • DE 101 63 567 A1 describes a capacitive ceramic relative pressure sensor with a hydrophobic coating of the inner walls of the pressure measuring chamber, in which the hydrophobic coating has silanes and was applied to the inner walls of the pressure measuring chamber by gas phase deposition taking place through the reference pressure feed.
  • the pressure measuring chamber is evacuated, heated to a temperature which allows on the one hand a surface diffusion of the hydrophobic molecules to form an ordered layer and on the other hand not immediately to a
  • Organic hydrophobic coatings have the disadvantage that they do not withstand the high temperatures occurring during the joining of measuring diaphragm and base body. Accordingly, they can be applied only after joining. Since the coatings after the joining of the main body and measuring diaphragm by the
  • the invention comprises a capacitive relative pressure sensor, with
  • a measuring diaphragm which can be acted upon externally by a pressure to be measured, the outer edge of which facing the main body is pressure-tightly connected by means of a joint to an outer edge of an end face of the main body facing the measuring diaphragm,
  • a pressure measuring chamber enclosed under the measuring diaphragm which can be supplied with a reference pressure via a reference pressure supply extending through the main body,
  • a capacitive electromechanical transducer for measuring a deflection of the measuring diaphragm dependent on the pressure to be measured, with an electrode arranged on a side of the measuring diaphragm facing the main body or formed by the measuring diaphragm and a counterelectrode arranged on an end face of the main body facing the diaphragm
  • superhydrophobic inorganic nanoparticles forming surface structure, in particular titanium dioxide nanoparticles, silicon dioxide nanoparticles or aluminum oxide nanoparticles.
  • a hydrophobic coating is provided on the electrode, which is applied to the electrode, a hydrophobic, esp.
  • superhydrophobic inorganic nanoparticles forming surface structure esp. Titanium dioxide nanoparticles, silica nanoparticles or alumina nanoparticles having.
  • the base body and the measuring diaphragm made of ceramic, and
  • the joining is an active brazing, in particular an active brazing with a Zr-Ni alloy and titanium ternary active brazing, is.
  • the measuring membrane is a metallic measuring membrane forming the electrode
  • the base body comprises a metallic half-shell, in which a filling is provided from an insulator, on which the counter electrode is arranged.
  • the invention comprises a method for producing a capacitive
  • Relative pressure sensor which is characterized in that
  • the electrode is applied to the measuring membrane and the counterelectrode is applied to the basic body, in particular sputtered on it,
  • End face of the main body and the electrode is applied to a liquid containing the inorganic nanoparticles and an organic solvent,
  • a firing of the applied inorganic nanoparticles is caused by occurring in the joining of the base body and diaphragm temperatures.
  • the invention comprises a method for producing a capacitive
  • Relative pressure sensor which is characterized in that
  • the counterelectrode is applied to the filling, in particular sputtered on it
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the liquid is a dispersion, in particular a sol, which is applied to the surfaces to be coated.
  • Solvent evaporates during the baking of the inorganic nanoparticles, and exits through the reference pressure supply from the relative pressure sensor, esp. Assisted by applying a vacuum exits.
  • Fig. 1 shows: a capacitive ceramic relative pressure sensor
  • Fig. 2 shows a capacitive metallic relative pressure sensor.
  • Fig. 1 shows a section through a first embodiment of a capacitive relative pressure sensor according to the invention.
  • the relative pressure sensor comprises a main body 1 and a measuring diaphragm 5 applied thereto from the outside under pressure pressure measuring chamber 3.
  • the measuring diaphragm 5 has an outer edge facing the main body 1, which by means of a joint 7 with an outer edge of one of the Measuring diaphragm 5 facing end face of the base body 1 is connected pressure-tight.
  • the base body 1 and the measuring diaphragm 5 made of ceramic, for example of alumina ceramic (Al 2 0 3 ) exist.
  • the join 7 is preferably an active brazing made with a Zr-Ni alloy and titanium ternary active brazing solder, as described for example in EP 0 490 807 A2.
  • the joining 7 is effected, for example, by means of a solder preform, in particular a solder ring, corresponding height, which is arranged between the measuring diaphragm 5 and the main body 1, and there over a period of a few minutes, in particular 4 minutes to 15 minutes, at a correspondingly high temperature. esp. At a temperature above 800 ° C, is soldered.
  • the main body 1 In the main body 1 is a through the body 1 extending therethrough in the
  • a reference pressure p re f is fed.
  • the pressure to be measured p acts on the measuring diaphragm 5 from the outside and the reference pressure p re f from the inside, relative to the pressure p to be measured is measured, a.
  • This pressurization causes a to be measured by the
  • the capacitive electromechanical transducer comprises for this purpose a on a the
  • Electrode 1 1 arranged on the base body 1 facing side of the measuring diaphragm 5, and a counter electrode 13 arranged on an end face of the main body 1 facing the measuring diaphragm 5. Electrode 1 1 and counter electrode 13 are made of titanium or tantalum, for example. be applied by sputtering on the ceramic measuring membrane 5 and the ceramic base body 1.
  • the electrode 1 1 preferably extends to the junction 7, and is thus electrically connected via the joint 7.
  • the counterelectrode 13 is spaced on all sides from the join 7, and is electrically connected, for example, via a contact pin 15 extending through the base body 1, electrically insulated from the electrode 11 and the adjoining join 7.
  • the relative pressure sensor has a hydrophobic coating 17 applied to a surface of the counterelectrode 13 and to a region of the end face of the base body 1 surrounding the counterelectrode 13.
  • the extends are applied to a hydrophobic coating 17 applied to a surface of the counterelectrode 13 and to a region of the end face of the base body 1 surrounding the counterelectrode 13.
  • the hydrophobic coating 17 has inorganic nanoparticles applied to the surface and forming a hydrophobic, preferably a superhydrophobic, surface structure. Titanium dioxide nanoparticles are particularly suitable for producing the coating 17. Alternatively, silicon dioxide nanoparticles or aluminum oxide nanoparticles may also be used to produce the hydrophobic coating 17. The nanoparticles form a nanoscale structure that gives the coating 17 its hydrophobic property. Due to the nanoscale surface structure, this coating 17 is frequently significantly more hydrophobic than organic hydrophobic coatings, which form only micro-scale surface structures. The choice of suitable nanoparticle materials and corresponding coating processes can even produce superhydrophobic surface structures.
  • the nanoparticles on the coated surface form only a very thin coating 17, in particular a coating with a layer thickness in the nanometer range. Due to the small thickness of the coating 17 cause different thermal expansion coefficients of the material of the coating 17 and the Material of the coated surface even then not worth mentioning
  • Relative pressure sensor in a wider temperature range esp. At temperatures in the range of - 40 ° C to 120 ° C, is used.
  • a hydrophobic coating 19 is also provided on the electrode 1 1, the inorganic nanoparticles applied to the surface of the electrode 1 1 and having a hydrophobic, preferably superhydrophobic, surface structure, in particular titanium dioxide nanoparticles, silicon dioxide nanoparticles or aluminum oxide nanoparticles, having.
  • Both coatings 17, 19 are here for illustrative purposes exaggerated thickness and thus not shown to scale.
  • the production of the ceramic relative pressure sensor shown in Fig. 1 is preferably carried out such that the base body 1 and measuring diaphragm 5 are made separately from each other. Thereafter, the electrode 1 1 is applied to the measuring diaphragm 5, e.g. sputtered on, and the counter electrode 13 applied to the front side of the base body 1, e.g. sputtered.
  • the hydrophobic coatings 17, 19 according to the invention are produced on the surfaces to be coated.
  • methods known from the prior art for producing layers containing hydrophobic nanoparticles can be used.
  • the nanoparticles may be, for example, by chemical vapor deposition (CVD), by physical vapor deposition (PVD), or by a spray process in which a suspension containing the inorganic nanoparticles and an organic solvent, e.g. using a spray mask, is sprayed onto the surfaces to be coated, are used.
  • a sol-gel method is used in which a dispersion containing the inorganic nanoparticles and an organic solvent is applied to the surfaces to be coated.
  • Salts containing inorganic titania nanoparticles prepared using ethylacetoacetate as chelator and catalyst for producing superhydrophobic coatings are described, for example, in the article 104 published in October 2003 in Orlando, Florida, at the 204th Meeting of the Electrochemical Society: "Fabrication and Characterization of a hydrophobicity nano-Ti02- Coatings for Corrosion Resistance Material "described by Chang-Jiang Lin and Guang-Xia Shen.
  • the production of the coatings 17, 19 from the corresponding liquid films is carried out by baking the inorganic nanoparticles.
  • temperatures of 200 ° C to 300 ° C are already sufficient to evaporate the organic solvent and burn the nanoparticles on the printed or sprayed surface.
  • the inorganic nanoparticles can be burned in at significantly higher temperatures, as occur anyway in the case of the above-described joining of measuring membrane 5 and base body 1.
  • the organic solvent evaporating during the firing occurs through the reference pressure supply 9 from the relative pressure sensor.
  • the escape of the evaporated solvent can be additionally supported and accelerated by applying a vacuum.
  • Fig. 2 shows as
  • Relative pressure sensor comprises a main body 21 with a arranged thereon
  • the main body 21 comprises a cup-shaped metallic half-shell 25, which has a bottom and an adjoining, preferably substantially cylindrical, the measuring diaphragm 23-bearing Haibschalenwand.
  • Measuring diaphragm 23 and half-shell 25 are made of metal, e.g. from a stainless steel.
  • An outer edge of the measuring diaphragm 23 is pressure-tightly connected, in particular welded, to a ring-shaped end face of the sheath shell wall facing the measuring diaphragm 23 by a joint 27.
  • a portion of the interior of the half-shell 25 which is at a distance from the measuring diaphragm 23 and adjoins the bottom is filled with a filling 29 made of an insulator, esp. Of glass.
  • a pressure measuring chamber 3 is also enclosed here, which passes through the measuring diaphragm 23, the
  • This relative pressure sensor also has a reference pressure feed 9 extending through the main body 21 and discharging into the pressure measuring chamber 3, via which the reference pressure p ref can be supplied to the pressure measuring chamber 3, to which the pressure p acting from outside on the measuring diaphragm 23 is measured.
  • This relative pressure sensor comprises a capacitive electromechanical transducer for metrological detection of the dependent of the relative pressure deflection of the measuring membrane 23.
  • This comprises an electrode formed by the metallic measuring membrane 23 and an applied to the measuring membrane 23 end face of the filling 29, esp. Sputtered on, counter electrode 31. The latter is about an im
  • Base 21 provided implementation 33 electrically isolated from the
  • the relative pressure sensor has a on the surface of the
  • Counter electrode 31 and a surrounding area of the end face of the filling 29 of the base body 1 applied hydrophobic coating 35, which applied to the surface, a hydrophobic, preferably superhydrophobic, surface structure forming inorganic nanoparticles, esp. Titanium dioxide nanoparticles, silica nanoparticles or alumina Nanoparticles.
  • the coating 35 preferably extends over the entire surface of the counter electrode 31 and the entire area of the end face of the filling 29 which is exposed in the pressure measuring chamber 3.
  • such a coating 37 is also provided on the surface of the inside of the electrode formed by the metallic measuring membrane 23.
  • This coating 37 extends over the region of the measuring diaphragm 23 covering the pressure measuring chamber 3 up to the uncoated edge connected to the main body 21 by the join 27.
  • the base body 21 and the measuring diaphragm 23 are manufactured separately, and the counterelectrode 31 is applied to the end face of the filling 29 of the base body 21, e.g. sputtered.
  • inorganic nanoparticles and an organic solvent-containing liquid applied in the manner described above on the surfaces to be coated.
  • the basic body 21 has the advantage that, if necessary, local stresses of the measuring diaphragm 23 caused by the welding can be achieved.

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Abstract

Es ist ein kapazitiver Relativdrucksensor, mit einem Grundkörper (1, 21), einer von außen mit einem zu messenden Druck (p) beaufschlagbaren Messmembran (5, 23), deren äußerer dem Grundkörper (1, 21) zugewandter Rand mittels einer Fügung (7, 27) mit einem äußeren Rand einer der Messmembran (5, 23) zugewandten Stirnseite des Grundkörper (1, 21) druckdicht verbunden ist, einer unter der Messmembran (5, 23) eingeschlossenen Druckmesskammer (3), der über eine durch den Grundkörper (1, 21) hindurch verlaufende Referenzdruckzufuhr (9) ein Referenzdruck (pref) zuführbar ist, einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer vom zu messenden Druck (p) abhängigen Auslenkung der Messmembran (5, 23), mit einer auf einer dem Grundkörper (1, 21) zugewandten Seite der Messmembran (5, 23) angeordneten oder durch die Messmembran (5, 23) gebildeten Elektrode (11) und einer auf einer der Messmembran (5, 23) zugewandten Stirnseite des Grundkörpers (1, 21) angeordneten Gegenelektrode (13, 31), und einer auf einer Oberfläche der Gegenelektrode (13, 31) und eines die Gegenelektrode (13, 31) umgebenden Bereichs der Stirnseite des Grundkörpers (1, 21) aufgebrachten, auf einfache Weise herstellbaren, hydrophoben Beschichtung (17, 35), sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, bei dem die Beschichtung (17, 35) auf die Oberfläche aufgebrachte, eine hydrophobe, insb. eine superhydrophobe, Oberflächenstruktur ausbildende anorganische Nanopartikel, insb. Titandioxid-Nanopartikel, Siliziumdioxid-Nanopartikel oder Aluminiumoxid- Nanopartikel, aufweist.

Description

Kapazitiver Relativdrucksensor
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Relativdrucksensor, mit einem Grundkörper, einer von außen mit einem zu messenden Druck beaufschlagbaren Messmembran, deren äußerer dem Grundkörper zugewandter Rand mittels einer Fügung mit einem äußeren Rand einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörper druckdicht verbunden ist, einer unter der Messmembran eingeschlossenen Druckmesskammer, der über eine durch den Grundkörper hindurch verlaufende Referenzdruckzufuhr ein
Referenzdruck zuführbar ist, einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer vom zu messenden Druck abhängigen Auslenkung der Messmembran, mit einer auf einer dem Grundkörper zugewandten Seite der
Messmembran angeordneten oder durch die Messmembran gebildeten Elektrode und einer auf einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordneten Gegenelektrode, und einer auf einer Oberfläche der Gegenelektrode und eines die Gegenelektrode umgebenden Bereichs der Stirnseite des Grundkörpers aufgebrachte hydrophoben Beschichtung.
Relativdrucksensoren dienen dazu, einen zu messenden von außen auf die Messmembran einwirkenden Druck bezogen auf einen der Druckkammer zugeführten Referenzdruck, z.B. den Atmosphärendruck, zu messen.
Sie werden insb. in der industriellen Messtechnik zur Messung von Relativdrücken eingesetzt.
Kapazitive Relativdrucksensoren umfassen regelmäßig einen Grundkörper, eine unter Einschluss einer Druckkammer auf dem Grundkörper angeordneten von außen mit einem zu messenden Druck beaufschlagbaren Messmembran, eine Referenzdruckzufuhr, über die der Druckkammer ein Referenzdruck zuführbar ist, und einen kapazitiven
elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer vom zu messenden Druck abhängigen Auslenkung der Messmembran, der eine auf einer dem Grundkörper zugewandte Seite der Messmembran angeordnete Elektrode und eine auf einer der
Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordnete Gegenelektrode umfasst.
Bei keramischen Relativdrucksensoren bestehen Messmembran und Grundkörper aus Keramik, und sind über eine einen äußeren Rand der Messmembran mit einem äußeren
Rand einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers verbindenden die Druckkammer außenseitlich umschließenden Fügung, insb. eine Aktivhartlötung, mit einander verbunden. Die Aktivhartlötung erfolgt regelmäßig über einen Zeitraum von einigen Minuten, insb. 4 Min bis 15 Min, bei sehr hohen Temperaturen, insb. bei
Temperaturen oberhalb von 800°C. Bei Relativdrucksensoren besteht das Problem, dass mit dem durch die
Referenzdruckzufuhr in die Druckmesskammer gelangenden Gas, in der Regel Luft, Feuchtigkeit in die Druckmesskammer eindringen kann, die bei Unterschreiten des Taupunkts im Inneren der Druckmesskammer kondensieren kann. Lange bevor es zu einer die Funktion des Relativdrucksensors beeinträchtigen Kondensatbildung kommt, besteht bereits die Gefahr, dass Wassermoleküle aus der Gasphase im Inneren der Druckkammer adsorbieren.
Dabei werden umso mehr Wassermoleküle adsorbiert, je größer die Adsorptionsenergie zwischen Oberfläche und Wassermolekül ist.
Adsorbierte Wassermoleküle bewirken eine Veränderung der Sensoreigenschaften, insb. eine Veränderung der effektiv wirksamen Elektrodenflächen und/oder der effektiv wirksamen dielektrischen Eigenschaften des zwischen Elektrode und Gegenelektrode eingeschlossenen Mediums, die sich auf die Druckmessung auswirkt. Zur Reduktion der Adsorption ist es bekannt, die Innenwände der Druckmesskammer mit einer hydrophoben Beschichtung zu versehen.
Hierzu werden organische Beschichtungsmaterialien eingesetzt.
In der EP 1 061 31 1 A1 ist ein kapazitiver keramischer Relativdrucksensor mit einer organischen hydrophoben Beschichtung der Innenwände der Druckmesskammer beschrieben, bei der als hydrophobes Imprägniermittel ein Silikonöl, ein Paraffinöl oder ein Silikonharz auf der Basis von fluorierten Siloxanen oder von Methyl-Polysiloxanen eingesetzt wird. Die dort beschriebene Beschichtung wird erzeugt, indem die Druckkammer über die Referenzdruckzufuhr evakuiert, und anschließend mit einer aus dem
Imprägniermittel und einem Lösungsmittel mit hohem Dampfdruck bestehenden Flüssigkeit geflutet wird. Im Anschluss wird das Lösungsmittel verdampft, und das Imprägniermittel durch Erhitzen des Drucksensors auf eine Temperatur von ca. 200°C eingebrannt.
In der DE 101 63 567 A1 ist ein kapazitiver keramischer Relativdrucksensor mit einer hydrophoben Beschichtung der Innenwände der Druckmesskammer beschrieben, bei dem die hydrophobe Beschichtung Silane aufweist, und durch durch die Referenzdruckzufuhr hindurch erfolgende Gasphasenabscheidung auf die Innenwände der Druckmesskammer aufgebracht wurde. Hierzu wird die die Druckmesskammer evakuiert, auf eine Temperatur aufgeheizt, die einerseits eine Oberflächendiffusion der hydrophoben Moleküle zur Ausbildung einer geordneten Schicht ermöglicht und anderseits nicht sofort zu einer
Desorption von adsorbierten hydrophoben Molekülen führt, und anschließend für einen hinreichend langen Zeitraum bedampft. Im Anschluss an die Bedampfung wird die
Temperatur des Drucksensors weiter erhöht, um eine chemische Bindung des
hydrophoben Materials an den Innenwänden zu bewirken. Organische hydrophobe Beschichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie den beim Fügen von Messmembran und Grundkörper auftretenden hohen Temperaturen nicht standhalten. Entsprechend können sie erst nach dem Fügen aufgebracht werden. Da die Beschichtungen nach der Fügung von Grundkörper und Messmembran durch die
Referenzdruckzufuhr hindurch vorgenommen werden müssen, sind vergleichsweise aufwendige Beschichtungsverfahren erforderlich. Außerdem können Qualität und Dicke der Beschichtung nur indirekt über entsprechende Prozessparameter gesteuert, aber nicht ohne Zerstörung des Relativdrucksensors überprüft werden. Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen kapazitiven Relativdrucksensor mit einer auf einfache Weise herstellbaren hydrophoben Beschichtung, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
Hierzu umfasst die Erfindung einen kapazitiver Relativdrucksensor, mit
- einem Grundkörper,
- einer von außen mit einem zu messenden Druck beaufschlagbaren Messmembran, deren äußerer dem Grundkörper zugewandter Rand mittels einer Fügung mit einem äußeren Rand einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörper druckdicht verbunden ist,
- einer unter der Messmembran eingeschlossenen Druckmesskammer, der über eine durch den Grundkörper hindurch verlaufende Referenzdruckzufuhr ein Referenzdruck zuführbar ist,
- einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer vom zu messenden Druck abhängigen Auslenkung der Messmembran, mit einer auf einer dem Grundkörper zugewandten Seite der Messmembran angeordneten oder durch die Messmembran gebildeten Elektrode und einer auf einer der Messmembran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers angeordneten Gegenelektrode, und
- einer auf einer Oberfläche der Gegenelektrode und eines die Gegenelektrode
umgebenden Bereichs der Stirnseite des Grundkörpers aufgebrachte hydrophoben Beschichtung,
der sich dadurch auszeichnet, dass
- die Beschichtung auf die Oberfläche aufgebrachte, eine hydrophobe, insb. eine
superhydrophobe, Oberflächenstruktur ausbildende anorganische Nanopartikel, insb. Titandioxid-Nanopartikel, Siliziumdioxid-Nanopartikel oder Aluminiumoxid-Nanopartikel, aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung ist auf der Elektrode eine hydrophobe Beschichtung vorgesehen, die auf die Elektrode aufgebrachte, eine hydrophobe, insb. eine
superhydrophobe, Oberflächenstruktur ausbildende anorganische Nanopartikel, insb. Titandioxid-Nanopartikel, Siliziumdioxid-Nanopartikel oder Aluminiumoxid-Nanopartikel, aufweist.
Eine erste Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
- der Grundkörper und die Messmembran aus Keramik bestehen, und
- die Fügung eine Aktivhartlötung, insb. eine mit einem eine Zr-Ni-Legierung und Titan aufweisenden ternären Aktivhartlot ausgeführte Aktivhartlötung, ist.
Eine zweite Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
- die Messmembran eine die Elektrode bildende metallische Messmembran ist, und
- der Grundkörper eine metallische Halbschale umfasst, in der eine Füllung aus einem Isolator vorgesehen ist, auf der die Gegenelektrode angeordnet ist.
Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven
Relativdrucksensors gemäß der erste Ausgestaltung, dass sich dadurch auszeichnet, dass
- Grundkörper und Messmembran gefertigt werden,
- die Elektrode auf die Messmembran und die Gegenelektrode auf den Grundkörper aufgebracht, insb. aufgesputtert, werden,
- auf die Gegenelektrode und den diese umgebenden Bereich der Stirnseite des
Grundkörpers oder auf die Gegenelektrode, den diese umgebenden Bereich der
Stirnseite des Grundkörpers und die Elektrode eine die anorganischen Nanopartikel und ein organisches Lösungsmittel enthaltende Flüssigkeit aufgebracht wird,
- Grundkörper und Messmembran miteinander gefügt werden, und
- ein Einbrennen der aufgebrachten anorganischen Nanopartikel durch beim Fügen von Grundkörper und Messmembran auftretende Temperaturen bewirkt wird.
Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven
Relativdrucksensors gemäß der zweiten Ausgestaltung, dass sich dadurch auszeichnet, dass
- Grundkörper und Messmembran gefertigt werden,
- die Gegenelektrode auf die Füllung aufgebracht, insb. aufgesputtert, wird,
- auf die Gegenelektrode und den diese umgebenden Bereich der Stirnseite der Füllung des Grundkörpers oder auf die Gegenelektrode, den diese umgebenden Bereich der Stirnseite der Füllung des Grundkörpers und die Elektrode eine die anorganischen Nanopartikel und ein organisches Lösungsmittel enthaltende Flüssigkeit aufgebracht wird,
- Grundkörper und Messmembran miteinander gefügt, insb. verschweißt, werden, und
- die anorganischen Nanopartikel nach dem Fügen von Grundkörper und Messmembran bei einer Temperatur oberhalb von 200°C, insb. einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 300°C, eingebrannt werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Flüssigkeit eine Dispersion, insb. ein Sol, ist, die auf die zu beschichtenden Oberflächen aufgebracht wird. Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, dass das organische
Lösungsmittel beim Einbrennen der anorganischen Nanopartikel verdampft, und durch die Referenzdruckzufuhr aus dem Relativdrucksensor austritt, insb. unterstützt durch Anlegen eines Vakuums austritt. Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt: einen kapazitiven keramischen Relativdrucksensor; und
Fig. 2 zeigt: einen kapazitiven metallischen Relativdrucksensor.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen kapazitiven Relativdrucksensors. Der Relativdrucksensor umfasst einen Grundkörper 1 und eine unter Einschluss einer Druckmesskammer 3 darauf aufgebrachte von außen mit einem Druck p beaufschlagbare Messmembran 5. Hierzu weist die Messmembran 5 einen äußeren dem Grundkörper 1 zugewandter Rand auf, der mittels einer Fügung 7 mit einem äußeren Rand einer der Messmembran 5 zugewandten Stirnseite des Grundkörper 1 druckdicht verbunden ist.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen keramischen Relativdrucksensor, dessen Grundkörper 1 und dessen Messmembran 5 aus Keramik, z.B. aus Aluminiumoxid-Keramik (Al203), bestehen. Die Fügung 7 ist vorzugsweise eine mit einem eine Zr-Ni-Legierung und Titan aufweisenden ternären Aktivhartlot ausgeführte Aktivhartlötung, wie sie z.B. in der EP 0 490 807 A2 beschrieben ist. Die Fügung 7 wird beispielsweise mittels eines Lotformteils, insb. eines Lotrings, entsprechender Höhe, bewirkt, das zwischen Messmembran 5 und Grundkörper 1 angeordnet, und dort über einen Zeitraum von einigen Minuten, insb. 4 Min bis 15 Min, bei entsprechend hoher Temperatur, insb. bei einer Temperatur oberhalb von 800°C, verlötet wird.
Im Grundkörper 1 ist eine durch den Grundkörper 1 hindurch verlaufende in der
Druckmesskammer mündende Referenzdruckzufuhr 9 vorgesehen, über die der unter der Messmembran 5 eingeschlossenen Druckmesskammer 3 ein Referenzdruck pref zuführbar ist. Im Messbetrieb wirkt auf die Messmembran 5 von außen der zu messenden Druck p und von innen der Referenzdruck pref, bezogen auf den der zu messende Druck p gemessen wird, ein. Diese Druckbeaufschlagung bewirkt eine vom zu messenden
Relativdruck abhängige Durchbiegung der Messmembran 5, die mittels eines kapazitiven elektromechanischen Wandlers messtechnisch erfasst wird. Der kapazitive elektromechanische Wandler umfasst hierzu eine auf einer dem
Grundkörper 1 zugewandten Seite der Messmembran 5 angeordnete Elektrode 1 1 , und eine auf einer der Messmembran 5 zugewandten Stirnseite des Grundkörpers 1 angeordneten Gegenelektrode 13. Elektrode 1 1 und Gegenelektrode 13 bestehen beispielsweise aus Titan oder Tantal, und können z.B. durch Sputtern auf die keramische Messmembran 5 bzw. den keramischen Grundkörper 1 aufgebracht sein.
Die Elektrode 1 1 erstreckt sich vorzugsweise bis zur Fügung 7, und ist somit über die Fügung 7 elektrisch anschließbar. Die Gegenelektrode 13 ist allseitig von der Fügung 7 beabstandet, und beispielsweise über einen durch den Grundkörper 1 hindurch verlaufenden Kontaktstift 15 elektrisch isoliert gegenüber der Elektrode 11 und der daran angrenzenden Fügung 7 elektrisch anschließbar.
Der Relativdrucksensor weist eine auf einer Oberfläche der Gegenelektrode 13 und eines die Gegenelektrode 13 umgebenden Bereichs der Stirnseite des Grundkörpers 1 aufgebrachte hydrophobe Beschichtung 17 auf. Vorzugsweise erstreckt sich die
Beschichtung 17 über die gesamte Oberfläche der Gegenelektrode 13 und den gesamten in der Druckmesskammer 3 frei liegenden die Gegenelektrode 13 umgebenden Bereich der Stirnseite des Grundkörpers 1 . Erfindungsgemäß weist die hydrophobe Beschichtung 17 auf die Oberfläche aufgebrachte, eine hydrophobe, vorzugsweise ein superhydrophobe, Oberflächenstruktur ausbildende anorganische Nanopartikel auf. Zur Erzeugung der Beschichtung 17 eignen sich insb. Titandioxid-Nanopartikel. Alternativ können zur Erzeugung der hydrophoben Beschichtung 17 aber auch Siliziumdioxid-Nanopartikel oder Aluminiumoxid-Nanopartikel verwendet werden. Die Nanopartikel bilden eine nanoskalige Struktur aus, die der Beschichtung 17 ihre hydrophobe Eigenschaft verleiht. Aufgrund der nanoskaligen Oberflächenstruktur ist diese Beschichtung 17 regelmäßig deutlich hydrophober, als organische hydrophobe Beschichtungen, die lediglich mikroskalige Oberflächenstrukturen ausbilden. Durch die Auswahl geeigneter Nanopartikel-Materialien und entsprechender Beschichtungsverfahren können sogar superhydrophobe Oberflächenstrukturen erzeugt werden.
Dabei bilden die Nanopartikel auf der beschichteten Oberfläche nur eine sehr dünne Beschichtung 17, insb. eine Beschichtung mit einer Schichtdicke im Nanometerbereich, aus. Aufgrund der geringen Dicke der Beschichtung 17 bewirken unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten des Materials der Beschichtung 17 und des Materials der beschichteten Oberfläche auch dann keine nennenswerten
temperaturabhängigen Spannungen oder Verspannungen im Bereich der Beschichtung 17 und zwischen Beschichtung 17 und beschichteter Oberfläche, wenn der
Relativdrucksensor in einem größeren Temperaturbereich, insb. bei Temperaturen im Bereich von - 40°C bis 120°C, eingesetzt wird.
Vorzugsweise ist auch auf der Elektrode 1 1 eine hydrophobe Beschichtung 19 vorgesehen, die auf die Oberfläche der Elektrode 1 1 aufgebrachte, eine hydrophobe, vorzugsweise ein superhydrophobe, Oberflächenstruktur ausbildende anorganische Nanopartikel, insb. Titandioxid-Nanopartikel, Siliziumdioxid-Nanopartikel oder Aluminiumoxid-Nanopartikel, aufweist.
Beide Beschichtungen 17, 19 sind zur Veranschaulichung hier übertrieben dick und damit nicht maßstabgetreu dargestellt.
Die Herstellung des in Fig. 1 dargestellten keramischen Relativdrucksensors erfolgt vorzugsweise derart, dass Grundkörper 1 und Messmembran 5 getrennt voneinander gefertigt werden. Danach wird die Elektrode 1 1 auf die Messmembran 5 aufgebracht, z.B. aufgesputtert, und die Gegenelektrode 13 auf die Stirnseite des Grundkörpers 1 aufgebracht, z.B. aufgesputtert.
Im Anschluss daran werden die erfindungsgemäßen hydrophoben Beschichtungen 17, 19 auf den zu beschichtenden Oberflächen erzeugt. Hierzu können aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Erzeugung hydrophober Nanopartikel enthaltender Schichten eingesetzt werden. Dabei können die Nanopartikel zum Beispiel durch chemische Abscheidungen aus der Gasphase (CVD), durch physikalische Abscheidung aus der Gasphase (PVD), oder durch ein Sprühverfahren, bei dem eine die anorganischen Nanopartikel und ein organisches Lösungsmittel enthaltende Suspension z.B. unter Verwendung einer Sprühmaske, auf die zu beschichtenden Oberflächen aufgesprüht wird, eingesetzt werden.
Vorzugsweise wird ein Sol-Gel-Verfahren eingesetzt, bei dem eine die anorganischen Nanopartikel und ein organisches Lösungsmittel enthaltende Dispersion auf die zu beschichtenden Oberflächen aufgebracht wird.
Zur Erzeugung superhydrophober Beschichtungen einsetzbare, unter Verwendung von Ehtylacetoacetat als Chelator und Katalysator hergestellte anorganische Titandioxid- Nanopartikel enthaltende Sole sind zum Beispiel in dem als Abstract 104 des im Oktober 2003 in Orlando Florida abgehaltenen 204. Meetings of the Electrochemical Society veröffentlichten Artikels: "Fabrication and Characterization of a Hydrophobie Nano-Ti02- Coatings for Corrosion Resistance Material" von Chang-Jiang Lin und Guang-Xia Shen beschrieben.
In diesem Zustand ist der aufgebrachte Flüssigkeitsfilm frei zugänglich, so dass die Qualität des auf diese Weise erzeugten Flüssigkeitsfilms ohne Weiteres kontrolliert werden kann.
Damit kann sichergestellt werden, dass die zu beschichtenden Bereiche vollständig benetzt sind, und der Flüssigkeitsfilm eine ausreichende Mindestdicke aufweist.
Die Erzeugung der Beschichtungen 17, 19 aus den entsprechenden Flüssigkeitsfilmen erfolgt durch Einbrennen der anorganischen Nanopartikel. Dabei sind Temperaturen von 200°C bis 300°C bereits ausreichend, um das organische Lösungsmittel zu verdampfen, und die Nanopartikel auf der bedruckten bzw. besprühten Oberfläche einzubrennen. Das Einbrennen der anorganischen Nanopartikel kann jedoch aufgrund des bei Nanopartikeln langsameren Kornwachstums auch bei deutlich höheren Temperaturen erfolgen, wie sie beim oben beschriebenen Fügen von Messmembran 5 und Grundkörper 1 ohnehin auftreten.
Entsprechend genügt es Messmembran 5 und Grundkörper 1 nach dem Aufbringen der Flüssigkeitsfilm aufeinander anzuordnen und durch die oben beschriebene Aktivhartlötung zu fügen. Die beim Aktivhartlöten auftretenden Temperaturen bewirken zugleich das
Einbrennen der Nanopartikel. Dabei tritt das beim Einbrennen verdampfende organischen Lösungsmittel durch die Referenzdruckzufuhr 9 aus dem Relativdrucksensor aus. Das Austreten des verdampften Lösungsmittels kann durch Anlegen eines Vakuums zusätzlich unterstützt und beschleunigt werden.
Die Erfindung ist nicht auf keramische Relativdrucksensoren beschränkt. Sie kann völlig analog auch in anderen Relativdrucksensoren eingesetzt werden. Fig. 2 zeigt als
Ausführungsbeispiel hierzu einen metallischen Relativdrucksensor. Auch dieser
Relativdrucksensor umfasst einen Grundkörper 21 mit einer darauf angeordneten
Messmembran 23. Der Grundkörper 21 umfasst eine topfförmige metallische Halbschale 25, die einen Boden und eine daran anschließende, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrische, die Messmembran 23 tragende Haibschalenwand aufweist. Die
Messmembran 23 und Halbschale 25 bestehen aus Metall, z.B. aus einem Edelstahl. Ein ein äußerer Rand der Messmembran 23 ist mit einer der Messmembran 23 zugewandten ringscheibenförmigen Stirnseite der Haibschalenwand durch eine Fügung 27 druckdicht verbunden, insb. verschweißt. Ein von der Messmembran 23 beabstandeter, an den Boden angrenzender Teilbereich des Innenraums der Halbschale 25 ist mit einer Füllung 29 aus einem Isolator, insb. aus Glas, ausgefüllt. Unter der Messmembran 23 ist auch hier eine Druckmesskammer 3 eingeschlossen, die durch die Messmembran 23, die
Haibschalenwand und eine der Messmembran 23 zugewandte Stirnseite der Füllung 29 begrenzt ist. Auch dieser Relativdrucksensor weist eine durch den Grundkörper 21 hindurch verlaufende, in der Druckmesskammer 3 mündende Referenzdruckzufuhr 9 auf, über die der Druckmesskammer 3 der Referenzdruck pref zuführbar ist, auf den bezogen der von außen auf die Messmembran 23 einwirkende Druck p gemessen wird.
Auch dieser Relativdrucksensor umfasst einen kapazitiven elektromechanischen Wandler, zur messtechnischen Erfassung der vom Relativdruck abhängigen Durchbiegung der Messmembran 23. Dieser umfasst eine durch die metallische Messmembran 23 gebildete Elektrode und eine auf die der Messmembran 23 zugewandte Stirnseite der Füllung 29 aufgebrachte, insb. aufgesputterte, Gegenelektrode 31 . Letztere ist über eine im
Grundkörper 21 vorgesehene Durchführung 33 elektrisch isoliert gegenüber der
Messmembran 23 und der Halbschale 25 kontaktierbar.
Erfindungsgemäß weist der Relativdrucksensor eine auf der Oberfläche der
Gegenelektrode 31 und einem diese umgebenden Bereich der Stirnseite der Füllung 29 des Grundkörpers 1 aufgebrachte hydrophobe Beschichtung 35 auf, die auf die Oberfläche aufgebrachte, eine hydrophobe, vorzugsweise ein superhydrophobe, Oberflächenstruktur ausbildende anorganische Nanopartikel, insb. Titandioxid-Nanopartikel, Siliziumdioxid- Nanopartikel oder Aluminiumoxid-Nanopartikel, aufweist. Die Beschichtung 35 erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Oberfläche der Gegenelektrode 31 und den gesamten in der Druckmesskammer 3 frei liegenden Bereich der Stirnseite der Füllung 29.
Vorzugsweise ist auch auf der Oberfläche der Innenseite der durch die metallische Messmembran 23 gebildeten Elektrode eine solche Beschichtung 37 vorgesehen. Diese Beschichtung 37 erstreckt sich über den die Druckmesskammer 3 überdeckenden Bereich der Messmembran 23 bis zu dem durch die Fügung 27 mit dem Grundkörper 21 verbundenen unbeschichteten Rand.
Auch bei dem in Fig. 2 dargestellten metallischen Relativdrucksensor werden Grundkörper 21 und Messmembran 23 getrennt voneinander gefertigt, und es wird die Gegenelektrode 31 auf die Stirnseite der Füllung 29 des Grundkörpers 21 aufgebracht, z.B. aufgesputtert.
Im Anschluss daran wird auch hier vorzugsweise ein Flüssigkeitsfilm einer die
anorganischen Nanopartikel und ein organisches Lösungsmittel enthaltenden Flüssigkeit auf die oben beschriebene Weise auf die zu beschichtenden Oberflächen aufgebracht.
Da die beim Schweißen von Messmembran 23 und Grundkörper 21 auftretenden
Temperaturen im Bereich der aufgebrachten Flüssigkeitsfilme in der Regel nicht ausreichend sind, um das Einbrennen der Nanopartikel zu bewirken, erfolgt das
Einbrennen der Flüssigkeitsfilme bei dem in Fig. 2 dargestellten Relativdrucksensor vorzugsweise nach dem Fügen von Messmembran 23 und Grundkörper 21 , indem der Relativdrucksensor insgesamt auf eine Temperatur im Bereiche von 200°C bis 300°C aufgeheizt wird. Dabei tritt auch hier das beim Einbrennen der anorganischen Nanopartikel verdampfende organische Lösungsmittel durch die Referenzdruckzufuhr 9 aus dem Relativdrucksensor aus, wobei der Austritt auch hier durch Anlegen eines Vakuums zusätzlich unterstützt und beschleunigt werden kann.
Die Ausführung des Einbrennens nach der Fügung von Messmembran 23 und
Grundkörper 21 bietet den Vorteil, dass dadurch ggfs. durch das Schweißen verursachte lokale Verspannungen der Messmembran 23 gelöst werden.
Grundkörper
Druckmesskammer
Messmembran
Fügung
Referenzdruckzufuhr
Elektrode
Gegenelektrode
Kontaktstift
Beschichtung
Beschichtung
Grundkörper
Messmembran
Halbschale
Fügung
Füllung
Gegenelektrode
Durchführung
Beschichtung
Beschichtung

Claims

Patentansprüche
1. Kapazitiver Relativdrucksensor, mit
- einem Grundkörper (1 , 21 ),
- einer von außen mit einem zu messenden Druck (p) beaufschlagbaren
Messmembran (5, 23), deren äußerer dem Grundkörper (1 , 21 ) zugewandter Rand mittels einer Fügung (7, 27) mit einem äußeren Rand einer der Messmembran (5, 23) zugewandten Stirnseite des Grundkörper (1 , 21 ) druckdicht verbunden ist,
- einer unter der Messmembran (5, 23) eingeschlossenen Druckmesskammer (3), der über eine durch den Grundkörper (1 , 21 ) hindurch verlaufende Referenzdruckzufuhr (9) ein Referenzdruck (pref) zuführbar ist,
- einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer vom zu messenden Druck (p) abhängigen Auslenkung der Messmembran (5, 23), mit einer auf einer dem Grundkörper (1 , 21 ) zugewandten Seite der
Messmembran (5, 23) angeordneten oder durch die Messmembran (5, 23) gebildeten Elektrode (1 1 ) und einer auf einer der Messmembran (5, 23) zugewandten Stirnseite des Grundkörpers (1 , 21 ) angeordneten Gegenelektrode (13, 31 ), und
- einer auf einer Oberfläche der Gegenelektrode (13, 31 ) und eines die
Gegenelektrode (13, 31 ) umgebenden Bereichs der Stirnseite des Grundkörpers (1 , 21 ) aufgebrachte hydrophoben Beschichtung (17, 35),
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Beschichtung (17, 35) auf die Oberfläche aufgebrachte, eine hydrophobe, insb. eine superhydrophobe, Oberflächenstruktur ausbildende anorganische Nanopartikel, insb. Titandioxid-Nanopartikel, Siliziumdioxid-Nanopartikel oder Aluminiumoxid- Nanopartikel, aufweist.
2. Relativdrucksensor gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Elektrode (1 1 ) eine hydrophobe Beschichtung (19) vorgesehen ist, die auf die Elektrode (1 1 ) aufgebrachte, eine hydrophobe, insb. eine superhydrophobe,
Oberflächenstruktur ausbildende anorganische Nanopartikel, insb. Titandioxid-
Nanopartikel, Siliziumdioxid-Nanopartikel oder Aluminiumoxid-Nanopartikel, aufweist.
3. Relativdrucksensor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Grundkörper (1 ) und die Messmembran (5) aus Keramik bestehen, und
- die Fügung (7) eine Aktivhartlötung, insb. eine mit einem eine Zr-Ni-Legierung und
Titan aufweisenden ternären Aktivhartlot ausgeführte Aktivhartlötung, ist.
4. Relativdrucksensor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Messmembran (23) eine die Elektrode bildende metallische Messmembran ist, und - der Grundkörper (21 ) eine metallische Halbschale (25) umfasst, in der eine Füllung (29) aus einem Isolator vorgesehen ist, auf der die Gegenelektrode (31 ) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Relativdrucksensors gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
- Grundkörper (1 ) und Messmembran (5) gefertigt werden,
- die Elektrode (1 1 ) auf die Messmembran (5) und die Gegenelektrode (13) auf den Grundkörper (1 ) aufgebracht, insb. aufgesputtert, werden,
- auf die Gegenelektrode (13) und den diese umgebenden Bereich der Stirnseite des Grundkörpers (1 ) oder auf die Gegenelektrode (13), den diese umgebenden Bereich der Stirnseite des Grundkörpers (1 ) und die Elektrode (1 1 ) eine die anorganischen Nanopartikel und ein organisches Lösungsmittel enthaltende Flüssigkeit aufgebracht wird,
- Grundkörper (1 ) und Messmembran (5) miteinander gefügt werden, und
- ein Einbrennen der aufgebrachten anorganischen Nanopartikel durch beim Fügen von Grundkörper (1 ) und Messmembran (5) auftretende Temperaturen bewirkt wird.
Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Relativdrucksensors gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- Grundkörper (21 ) und Messmembran (23) gefertigt werden,
- die Gegenelektrode (31 ) auf die Füllung (29) aufgebracht, insb. aufgesputtert, wird,
- auf die Gegenelektrode (31 ) und den diese umgebenden Bereich der Stirnseite der Füllung (29) des Grundkörpers (21 ) oder auf die Gegenelektrode (31 ), den diese umgebenden Bereich der Stirnseite der Füllung (29) des Grundkörpers (21 ) und die Elektrode eine die anorganischen Nanopartikel und ein organisches Lösungsmittel enthaltende Flüssigkeit aufgebracht wird,
- Grundkörper (21 ) und Messmembran (23) miteinander gefügt, insb. verschweißt, werden, und
- die anorganischen Nanopartikel nach dem Fügen von Grundkörper (21 ) und
Messmembran (23) bei einer Temperatur oberhalb von 200°C, insb. einer
Temperatur im Bereich von 200°C bis 300°C, eingebrannt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Flüssigkeit eine Dispersion, insb. ein Sol, ist, die auf die zu beschichtenden Oberflächen aufgebracht wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 5, 6, oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel beim Einbrennen der anorganischen Nanopartikel verdampft, und durch die Referenzdruckzufuhr (9) aus dem Relativdrucksensor austritt, insb. unterstützt durch Anlegen eines Vakuums austritt.
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