DE2820478A1

DE2820478A1 - Kapazitiver druckfuehlerwandler und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2820478A1
Application number: DE19782820478
Authority: DE
Inventors: Shih-Ying Lee
Original assignee: Setra Systems Inc
Current assignee: Setra Systems Inc
Priority date: 1977-05-10
Filing date: 1978-05-10
Publication date: 1978-11-16
Also published as: GB1581903A; US4168518A; JPS6257933B2; DE2820478C2; JPS53139586A

Description

SETRA SYSTEMS, INC., Natick, Massachusetts V.St.A.

Kapazitiver Druckfühlerwandler und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf Druck- oder Kraftfühlerwandler, insbesondere auf kapazitive Druck- oder Kraftfühlerwandler.

Es gibt viele bekannte Formen von Druckfühlerwandlern, die kapazitive Fühler verwenden. Solche Wandler umfassen typisch ein Metallgehäuse mit einer metallischen Membran und weisen verschiedene Nachteile auf. Es wurden auch kapazitive Druckfühlerwandler unter Verwendung von Quarz oder anderen dielektrischen Werkstoffen für Kapseln mit leitenden Filmen auf den inneren Oberflächen hergestellt. Sie sind zum Beispiel in der DE-OS 2 021479 und in den US-PS 3 715 638 und 3 858097 beschrieben. Die funktionellen Teile dieser bekann-

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Wandlerarten sind im wesentlichen flach und von im wesentlichen gleichmäßiger Dicke. Bei einer solchen gleichmäßigen Dicke tritt eine Belastungskonzentration im Bereich auf, wo das Material zusammengeschmolzen oder -geklebt wird, und die Durchbiegung der leitenden Oberflächen des Wandlers variiert mit der radialen Lage des durchgebogenen Teils.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Druckfühlerwandler zu entwickeln, dessen Durchbiegung und maximale Beanspruchung durch die elastischen Eigenschaften und die Festigkeit des dielektrischen Plattenmaterials statt durch die Eigenschaften des Verschmelzungs- oder Klebmaterials gesteuert werden, dessen kapazitive Teile durch den ganzen Arbeitsbereich im wesentlichen parallel bleiben und der ein gesteigertes Innenvolumen aufweist.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Druckfühlerwandler mit zwei dielektrischen Bauelementen, deren einander zugewandten Oberflächen leitende Überzüge zur Bildung eines Kondensators aufweisen, und mit die dielektrischen Bauelemente unter bestimmtem Abstand zur Bildung eines inneren zusammenhängenden Volumens haltenden Bauteilen, wobei ein Druckunterschied zwischen dem inneren Volumen und außerhalb wenigstens eines der Bauelemente eine Durchbiegung eines Bauelementes verursacht und die Durchbiegung eine von diesem Druckunterschied abhängige Änderung des Abstandes zwischen den leitenden überzügen und der Kapazität des Kondensators hervorruft, mit dem Kennzeichen, daß die leitenden Überzüge je auf einem mittleren Teil der dielektrischen Bauelemente vorgesehen sind und wenigstens einer der mittleren Teile von einem Bereich umgeben ist, in dem die Dicke des dielektrischen Bau-

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elements verringert ist und die Durchbiegung durch den Druckunterschied erfolgt.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Druckfühlerwandlers sowie seine Abwandlung als Kraftfühlerwandler sind in den Ansprüchen 2 bis 13 gekennzeichnet.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Druckfühlerwandlers, mit dem Kennzeichen, daß man zwei dielektrische Bauelemente herstellt, deren jedes einen mittleren Teil mit einer leitenden Oberfläche und Kittel zur elektrischen Verbindung mit der Oberfläche aufweist, die beiden Bauelemente nahe beieinander mit den nahe einander zugewandten leitenden Oberflächen anordnet, die beiden Bauelemente durch Abstandshalter nahe dem Umfang der Bauelemente auf einen gewünschten bestimmten Abstand trennt und die beiden Bauelemente rings um ihren gesamten aneinandergrenzenden Umfangsbereieh ohne Entfernung der Abstandshalter miteinander verbindet.

Als Verbindungsmaterial kann man Glas oder Zement verwenden.

Die Kapazitätsänderung des erfindungsgemäßen Druckfühlerwandlers kann durch mit den leitenden Überzügen verbundene Anschlußleitungen oder durch kapazitive Kopplung zu äußeren leitenden Filmen erfaßt werden.

Jedes dielektrische Bauelement des Wandlers kann durch Schleifen oder andersartiges Formen einer Seite jedes der dielektrischen Bauelemente zu flachen Oberflächen in der gleichen Ebene hergestellt werden. Der Teil verringerten

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Querschnitts wird normalerweise durch eine Vertiefung oder Ausnehmung im Material gebildet, so daß das dielektrische Material im Bereich dieses verringerten Querschnitts nicht in der gleichen Ebene der flachen Oberfläche des Bauelements liegt. Die flachen Oberflächen der Bauelemente werden dann mit dem gewünschten Nennabstand der leitenden Filme mit Hilfe kleiner Abstandshalter rings um den Umfang der angrenzenden Teile der elektrischen Bauelemente zusammengesetzt. Material wie z. B. Glasfritte wird auf den Umfang aufgebracht, und man steigert die Temperatur bis zu einer Höhe, bei der das Glasfrictenmaterial die beiden dielektrischen Bauelemente zusammenschweißt. Das geschmolzene Glasfr ittenmaterial umgibt die kleinen Abstandshalter, so daß sie nicht entfernt zu werden brauchen. Für Anwendungsfälle, bei denen ein besonders erwünschter Innenbezugsdruck wie z. B. Vakuum erforderlich ist, kann das Verschmelzen in einem Vakuumofen stattfinden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindungj

Fig. 1 A eine Querschnittsansicht zur Darstellung einer Abänderung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1;

Fig. 2 eine Aufsicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 im Querschnitt;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbei-

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spiels mit unterschiedlichen Mitteln für die elektrischen Anschlüsse zum Kondensator;

Fig. 3 A eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Teils des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 mit kapazitiven Mitteln zum Anschluß an den Kondensator des Wandlers;

Fig. 4 eine Aufsicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 im Querschnitt;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines zum Messen einer angelegten Kraft geeigneten Ausführungsbeispiels;

Fig. 6 eine Aufsicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 im Querschnitt;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines anderen zum Erfassen angelegter Kräfte geeigneten Ausführungsbeispiels;

Fig. 8 eine Aufsicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 7; und

Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines zum Messen von Druckunterschieden geeigneten Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 sind zwei Profil-Keramikteile 2 und 4 im Querschnitt dargestellt. Diese Teile sind beispielsweise mittels geschmolzener Glasfritte 6 miteinander verbunden. Abstandshalter 8 dienen zur Schaffung des gewünschten Abstandes zwischen den Bauelementen 2 und 4.

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Die dielektrischen Bauelemente haben mittlere Teile 10_ bzw. 12_ mit Oberflächen 14 bzw. 16. Leitende Filme 18 und 20 sind auf die Oberflächen 14 bzw. 16 aufgebracht. Diese gegenüberliegenden leitenden Filme dienen zur Schaffung der beiden Platten eines Kondensators. Die Filme 18 und 20 erstrecken sich durch Bohrungen 22 bzw. 24 zu den äußeren Oberflächen 26 und 28 der Bauelemente 2 bzw. 4. Lot oder ein anderes geeignetes Abdichtungsmaterial 30 bzw. 32 dient zum Verschluß der Bohrungen und zum Isolieren des inneren, durch die beiden Bauelemente 2 und 4 gebildeten Raumes gegenüber dem äußeren Druck. Innere, relativ große Volumina 3_4 und 3_6_ werden durch die verringerten Querschnitte 38, 40 bzw. 42, 44 in den Bauelementen2 und 4 gebildet.

Wenn der Wandler zum Messen des absoluten Drucks einzusetzen ist, kann der innere Teil evakuiert werden, und das Material 6 kann in einem Vakuumofen geschmolzene Glasfritte sein. In diesem Fall müssen die Abdichtungen 30 und 32 aus Hochtemperaturmateria^ wie z. B. Silberlot, sein. Alternativ können das Verschmelzen des Umfangs und die Abdichtungen 30 und 32 nacheinander erfolgen. Steigerungen des äußeren Drucks bewirken eine gegenseitige Annäherung der leitenden Filme 18 und 20 auf den Oberflächen 14 und 16 aufgrund der Durchbiegung der verringerten Querschnitte 38, 40, 42 und 44. Die Verringerung des Abstandes zwischen den leitenden Filmen führt zu einer Steigerung des Kapazitätswertes, der sich durch eine bekannte Schaltung unter Verwendung äußerer Stromzuführungen 31 und 33 erfassen läßt. Da die Durchbiegung fast nur in den Bereichen verringerter Dicke statt in den mittleren Teilen JLO und JL2 stattfindet, bleiben die leitenden Filme l8 und 20 eben

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und parallel zueinander, wenn sich ihr Abstand ändert. So werden keine zusätzlichen nichtlinearen Änderungen der Kapazität und keine Hysterese durch Änderungen der Oberflächengestalt aufgrund einer Biegung des Materials eingeführt . Außerdem wird j ede Verformung mit Temperaturänderungen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der leitenden Filme oder des Lots und des dielektrischen Materials eingeführt werden könnte, im wesentlichen beseitigt.

Die durch die verringerten Querschnitte der dielektrischen Bauelemente geschaffenen vergrößerten Volumina _3_4 ^und 36 liefern ein gesteigertes Volumen, das dazu beiträgt, die Wirkung irgendwelcher geringer Poren in der Abdichtung zwischen den Bauelementen oder einer Entgasung von den Wandlermaterialien sehr gering zu halten.

Da die Durchbiegung innerhalb des verringerten Querschnitts auftritt, wirkt sehr wenig Spannung auf die dielektrischen Bauelemente an dem Punkt ein, wo sie an das Einschmelzmaterial 6 angrenzen. Typisch können die unreduzierten Querschnitte hundertmal so steif wie die reduzierten Querschnitte sein. Daher ist der Verbindungsbereich zwischen den beiden dielektrischen Bauelementen nur einer sehr geringen durch die Durchbiegung der dielektrischen Bauelemente bei Änderungen des einwirkenden Drucks eingeführten Spannung ausgesetzt, und die Durchbiegung wird auch, nicht durch die typisch niedrigere Elastizität der am Umfang oder an der . Mittendurchführung verwendeten Kleb- oder Abdichtungsmaterialien beeinflußt. Außerdem ist die relativ niedrige Streckspannung des Klebmaterials kein begrenzender Paktor, wie es der Fall wäre, wenn Bauelemente gleich-

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mäßiger Dicke benutzt würden. Obwohl es bevorzugt wird, die verringerten Querschnitte 38, 40, 42 und 44, wie dargestellt, so zu gestalten, daß die einwirkende Spannung in Radialrichtung verhältnismäßig gleichmäßig ist und keine Spitzenwerte an den beiden Enden des dickenverringerten Bauelements aufweist, können die verringerten Querschnitte zur Erleichterung der Herstellung auch befriedigend von gleichmäßigem Querschnitt gemacht werden. Obwohl ein solcher Querschnitt zu geringen Spannungskonzentrationen am Umfang der verringerten Querschnitte führt, liegt die Beanspruchung unter normalen Arbeitsbedingungen noch innerhalb zulässiger Grenzen für keramische Materialien, wie z. B. Aluminiumoxid.

In Fig. 1 A ist ein Teil einer Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels des Wandlers nach Fig. 1 dargestellt. Das Volumen 36, das teilweise durch die Fläche des verringerten Querschnitts 40 begrenzt ist, wurde hier durch zwei Volumina 36 A und 36 B ersetzt, die an Bereiche verringerten Querschnitts 40 A und 40 B angrenzen. Ein Bereich 41 voller Querschnittsdicke erstreckt sich zwischen den ringförmigen Hohlvolumina 36 A und 36 B. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 A ergeben die Bereiche verringerten Querschnitts 40 A und 40 B Durchbiegungsbereiche, die die Durchbiegung des Wandlers bei Einwirkung von Druckänderungen erleichtern. Während die Bereiche verringerten Querschnitts 40 A und 40 B durch völlig flache Oberflächen begrenzt sein können, sind die Bereiche im dargestellten Ausführungsbeispiel von einer gekrümmten Oberfläche begrenzt, um die Spannungskonzentrationen im Material möglichst gering zu halten. Die Durchbiegung tritt im Bereich 4l auf, der als an seinem Umfang vom Bereich 40 B begrenzte frei abgestützte Scheibe wirkt. Der Bereich 40 B

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verringerten Querschnitts verringert das auf den Rand und das "Verbindungsmaterial übertragene Biegemoment. Der Bereich 40 A verringerten Querschnitts dient zur Verhinderung der Übertragung des Biegemoments auf den mittleren Teil und so zur Verringerung dessen Verformung. Wenn beispielsweise die dielektrischen Bauelemente aus Materialien, wie z. B. Quarz, der maschinell bearbeitet werden muß, hergestellt sind, bietet das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 A den Vorteil der Verringerung der Materialmenge, die durch maschinelle Bearbeitung zur Bildung des gewünschten Bauelements entfernt werden muß. Andererseits liefert es nicht das volle Ausmaß des vergrößerten Volumens y6_ zur Geringhaltung jedes mögliehen Fehlers, der durch Por'en oder Entgasung der Materialien eingeführt wird, aus denen die Vorrichtung hergestellt wird.

Während die Ausbildungfcler beiden Hohlvolumina 36 A und 36 B entsprechend Fig. 1 A ermöglicht, daß der mittlere Teil eben und unverformt unter Durchbiegungsbedingungen bleibt, kann für bestimmte Anwendungsfälle die mit der Vorsehung nur eines Hohlvolumens, z. B. 36 B, verbundene Kostenersparnis den Bedarf der Unverformthaltung des mittleren Teils überwiegen. Wenn ein einziger relativ enger Bereich verringerten Querschnitts vorgesehen wird, schafft er eine Anlenkfunktion. Der Rest des mittleren Teils verformt sich bei Einwirkung von'Druck. Das an den Bereich verringerten Querschnitts angrenzende Volumen 36 B dient zur wesentlichen Isolierung des ümfangs und der Verbindungsstelle zwischen den beiden dielektrischen Bauelementen gegenüber der Einwirkung eines Drehmoments und zur Vermeidung der Einwirkung unnötiger Kräfte auf die Verbindungsstelle. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel muß die zugehörige Schaltung oder

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Verwendung des Wandlers der Tatsache Rechnung tragen, daß der mittlere Teil bei Durchbiegung gekrümmt wird und die Krümmung die Kapazitätsänderung beeinflußt.

Fig. 2 ist eine Aufsicht im Querschnitt. Sie zeigt den Abstand der Abstandshalter 8 rings um den Umfang und deutet die Tatsache an, daß die vergrößerten Volumina _3_4 und _3_6 zwei Querschnitte eines zusammenhängenden kreisförmigen Volumens s ind.

In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Aufbau der beiden dielektrischen Bauelemente 2' und 4' ist im wesentlichen identisch mit der Ausnahme, daß die beiden Öffnungen 22 und 24 nicht vorgesehen sind. Statt dessen sind leitende Pfade 46 (am verengten Querschnitt 40') und 48 an den Bauelementen 2' bzw. 4' vorgesehen. Anschlußleiter 50 und 52 sind an den leitenden Pfaden 46 und 48 außerhalb des Wandlers angebracht. Die leitenden Pfade 46 und 48 können einstückig und zur gleichen Zeit mit den leitenden Oberflächen 18' und 20' abgeschieden werden. Wenn die beiden Bauelemente 2' und 4' zum Beispiel mit Glasfritte 6 miteinander dicht verbunden werden, stören die leitenden Pfade 46 und 48 die Abdichtwirkung nicht, und das geschmolzene Glas liefert eine vollständige Abdichtung rings um den gesamten Umfang.

Fig. 3 A zeigt einen Teil einer Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Abänderung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3- Gemäß dieser Abänderung ist die elektrische Verbindung mit dem Kondensator zum Erfassen des einwirkenden Drucks durch einen Kopplungskondensator mit leitenden Filmen 47 und 49 vorgesehen. Der Kondensator ist aus einem

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leitenden Film gebildet, und der innere Teil 47 kann gleichzeitig mit der Abscheidung des leitenden Films für den Druckfühlerkondensator hergestellt werden. Die äußere Kondensatorplatte 49 kann ein ähnlicher abgeschiedener Film oder irgendeine aufgebrachte leitende Schicht oder Platte sein. Der verringerte Querschnitt dient zum Liefern vernünftiger Kapazitätswerte für Kopplungszwecke. Obwohl eine wirksame Abdichtung mit dem Durchführungsaufbau nach Fig. 3 erhältlich ist, kann es bei einigen Anwendungsfällen erwünscht sein, überhaupt keine direkte elektrische Durchführung zu haben, und dieses Ausführungsbeispiel liefert einen völlig einschließenden, aus inerten Materialien gebildeten Querschnitt.

Fig. 4 zeigt den Wandler nach Fig. 3 in Querschnittaufsicht, die die Lage der Abstandshalter 8 für den Zusammenbauvorgang und die leitende Anschlußdurchführung veranschaulicht.

In Fig. 5 ist ein für einen Kraftmeßwandler geeignetes Ausführungsbeispiel dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kräfte als an den Stellen und in den Richtungen der Pfeile F einwirkend angedeutet. Es ist selbstverständlich, daß auch eine einzelne Kraft in einer der beiden Richtungen an einer der beiden Stellen einwirken könnte und die andere Seite des Wandlers beispielsweise durch eine geeignete Basis festgehalten würde. In der Anordnung nach Fig. sind die Bereiche 38'', 40' ' , 42 " und 44'' verringerten Querschnitts vorgesehen, um den in Fig. 1 vorhandenen entsprechende Durchbiegungsbereiche zu schaffen. Jedoch kann die Vorrichtung bei einem Aufbau nach Fig. 5_S da sie zum Messen von Kräften zu verwenden ist, dem Umgebungsdruck sowohl innen als auch außen geöffnet sein. Daher können die allgemein den Hohlraumbereichen 34 und 36 nach Fig. 1 ent-

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sprechenden Bereiche 34' ', 34'", 36'' und 36' " die Außenseite der Bauelemen'te^lsein, statt ein inneres Volumen zu bilden. Der verringerte radiale Querschnitt mit seiner gleichmäßigen radialen Spannungsgestaltung ist auch hier wünschenswert , doch sind die Herstellung und der Zusammenbau vereinfacht , wenn die einander zugewandten Oberflächen der Bauelemente 2" und 4" ebene Oberflächen sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zuführungen von den leitenden Oberflächen 18" und 20" durch Bohrungen 22»' und 24" herausgeführt. Sie konnten jedoch natürlich auch durch leitende Pfade auf den einander zugewandten Oberflächen der Elemente 2" und 4" in einer der beim Aufbau nach Fig. 3 gezeigten Weise herausgeführt sein.

Wie bei den vorigen Ausgestaltungen dienen die dicken Mittelteile 1OJ/ und 12'' dazu, die Nichtlinearität und Hystereseeffekte möglichst gering zu halten, und die dickeren Umfangsb er eiche 11" und 13"' dienen zur Vermeidung der Einwirkung von Spannungen auf die Verbindungsstelle.und so ebenfalls zur weitestgehenden Geringhaltung von Hysterese. Da hier ein druckdichter Aufbau nicht erforderlich ist, können die Bauelemente 2" und 4" einfach miteinander mittels Bolzen 54 und Abstandshalter 56 verbolzt werden, wie die Figuren 5 und 6 zeigen. Fig. 6 ist eine Schnittaufsieht des Aufbaus nach Fig. 5 zur Veranschaulichung der Umfangsmontage und der ringförmigen Ausbildung des verringerten Querschnitts.

Wenn Werkstoffe wie z. B. Aluminiumoxid für die dielektrischen Bauelemente verwendet werden, können diese mit hoher Genauigkeit in fast jeder Ausgestaltung geformt werden. Wenn jedoch ein Werkstoff wie Quarz verwendet wird, benötigt die endgültige Formgs^u^lmormalerweise eine maschinelle

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Bearbeitung, ζ. B. durch Schleifen. Für einen Druckfühlerwandler, wie den in Fig. 1 und 3 dargestellten, läßt sich eine solche maschinelle Bearbeitung leicht mit den dort gezeigten kreisförmigen Gestaltungen durchführen. Jedoch läßt sich für einen Kraftfühlerwandler der in Fig. 5 gezeigten Art die Herstellung aus einem Werkstoff wie Quarz vereinfachen, wenn der Aufbau rechteckig statt kreisförmig gemacht wird. Für einen solchen, in Fig. 7 in Querschnittsansicht •zeigten Aufbau kann der Querschnitt in dieser Darstellung dem nach Fig. 5 identisch mit der Ausnahme sein, daß die Darstellung der Montagebolzen 54' unterschiedlich ist. Die Einwirkung einer Kraft und die Verbindung von Anschlußleitern können nach im wesentlichen gleichen Techniken wie den für den Aufbau nach Fig. 5 beschriebenen erfolgen. Jedoch sind, wie in der Aufsicht nach Fig. 8 gezeigt, die Bereiche 54'', 3^''' und 36'' , 56 ' '' verringerten Querschnitts nicht von der Ringform nach Fig. 6. So lassen sie sich mit linearer Bewegung herkömmlicher Schleifvorrichtungen bilden.

In Fig. 9 ist ein zum Erfassen von Druckunterschieden geeignetes Ausführungsbeispiel in Querschnittsansicht gezeigt. Der Wandler ist dem in Fig. 1 gezeigten mit der Ausnahme gleich, daß Vorsorge getroffen ist, um einen Druck P~ durch die Bohrung 22''' einzulassen und den anderen Druck P^ auf die äußere Oberfläche des Fühlerwandlers einwirken zu lassen. Ein Druckeinlaßr'ohr 60 erstreckt sich in die Bohrung 22'··. Im dargestellten Ausführungsbeispiel dient dieses Rohr auch zur Schaffung einer physikalischen Halterung für den Fühlerwandler gegenüber dem einschließenden Gehäuse 62. Alternativ könnten Pfosten oder andere Mittel zum Halten des Umfangs des Fühlerwandlers innerhalb des Gehäuses verwendet werden. Der Druck P. wird in das Gehäuse 62 durch

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ein Rohr 64 eingelassen. Wenn die Rohre 60 und 64 aus leitenden Werkstoffen hergestellt sind und das Gehäuse 62 nichtleitend oder gegenüber den Rohren 60 und 64 isoliert ist, können sie auch als elektrische Zuführungen dienen, wenn ein elektrischer Anschluß vom leitenden Abdichtteil 32^f zum Rohr 64, z. B. durch einen Draht 66 gemäß der Darstellung, hergestellt wird. Alternativ könnten gesonderte Zuführungen durch druckdichte Durchführungsanschlüsse in der Wand des Gehäuses 62 herausgeführt werden.

Wenn der durch das Rohr 64 auf das Volumen „68 einwirkende Druck P. größer als der durch das Rohr 60 einwirkende Druck Pp ist, tritt eine Durchbiegung in den Bereichen 38^!ITI, 40"", i|2^ritr und 44^rtf' verringerten Querschnitts auf und bewirkt, daß sich die leitenden Oberflächen 18'''' und 2O'^I?I weiter annähern. Dieser verringerte Abstand führt zu einer erhöhten Kapazität, die durch eine herkömmliche Schaltung erfaßt werden kann.

Während einige bevorzugte Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurden, ergibt sich für Fachleute, daß Abwandlungen für besondere Anwendungsfälle vorgenommen werden können. Beispielsweise kann es für die kritischsten elektrischen Funktionsanwendungen erwünscht sein, die einander zugewandten Oberflächen, auf denen die leitenden Filme abgeschieden werden, zu läppen, um eine absolute Flachheit zu sichern. Während die Verwendung von Glasfritten zum Verschmelzen der beiden Bauelemente geeignete Anordnungen zum Widerstehen gegenüber den meisten Umgebungen liefert, können Kosten oder Funktionseigenschaften andere Abdichtanordnungen für bestimmte Anwendungsfälle wünschenswert machen. Unter anderen Möglichkeiten gibt^die Verwendung von Lot, die

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Verbolzung mit geeignetem federndem Abdichtmaterial zwischen den äußeren Umfangen der Bauelemente und die Verwendung eines Klebstoffs wie z. B. Epoxyklebstoffs. Die besonderen gewählten Werkstoffe können die Temperaturbereiche begrenzen, unter denen die Vorrichtung hergestellt und betrieben werden kann, und die Strenge von Problemen_/wie z. B. der Entgasung bestimmen, die beispielsweise schwierig mit feuchtem Epoxymaterial sein würde. Allgemein haben die .geeigneten Dielektrika wie z. B. Aluminiumoxid oder Quarz ausgezeichnete elastische Eigenschaften. Aluminiumoxid läßt sich ziemlich genau zu gewünschten Gestalten formen oder sintern. Andererseits hat Quarz, obwohl er maschinell bearbeitet werden muß, eine überlegene Elastizität und Beständigkeit gegenüber korrosiven Umgebungen.

Eine besondere elektrische Schaltung zum Erfassen und Auswerten der Kapazitätsänderungen wurde nicht näher erläutert. Jedoch kann man hierfür herkömmliche Meßsysteme verwenden, wie sie beispielsweise in der US-PS 3 518 536 beschrieben sind. Die besonderen erwünschten Schaltungsfunktionseigenschaften hängen von der* Gebrauch ab, der von den erfaßten Werten zu machen ist. Eine solche Verwendung kann in weiten Ausmaßen variieren. Ein Kraft- oder Druckmeßinstrument kann erwünscht sein, oder der Wandler kann Teil eines Betriebssystems sein, in dem die Änderung der Kapazität zur Steuerung eines Parameters ausgenutzt wird, der die Systemfunktion und den gemessenen Druck beeinflußt.

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Claims

Ansprüche

1J Druckfühlerwandler mit zwei dielektrischen Bauelementen, deren einander zugewandten Oberflächen leitende Überzüge zur Bildung eines Kondensators aufweisen, und mit die dielektrischen Bauelemente unter bestimmtem Abstand zur Bildung eines inneren zusammenhängenden Volumens haltenden Bauteilen, wobei ein Druckunterschied zwischen dem inneren Volumen und außerhalb wenigstens eines der Bauelemente eine Durchbiegung eines Bauelementes verursacht und die Durchbiegung eine von diesem Druckunterschied abhängige Änderung des Abstandes zwischen den leitenden Überzügen und der Kapazität des Kondensators hervorruft,

dadurch

ekennzeichnet

daß die leitenden Überzüge (18, 20; 18', 20'; l8^tf, 20^fl; 18"", 20'"') je auf einem mittleren Teil (3JD, 12_; 10' ' , 12'') der dielektrischen Bauelemente (2, 4; 2', 4'; 2'¹; 4") vorgesehen sind und wenigstens einer der mittleren Teile von einem Bereich (38, 40; 40'; 38'', 40''; 38"", 40"") umgeben ist, in dem die Dicke des dielektrischen Bauelements verringert ist und die Durchbiegung durch den Druckunterschied erfolgt.
2. Druckfühlerwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelteile (10., 12:; 10". 12") von aus-

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reichendem Querschnitt sind, um bei Einwirkung des Arbeitsdrucks im wesentlichen starr und unverformt zu sein, wodurch nur der Abstand zwischen den leitenden Oberflächen (18, 20; 18', 20'; 18", 20"; l8"", 20"") durch einwirkenden Arbeitsdruck beeinflußt wird und Hystereseeffekte und Nichtlinearität sehr gering gehalten werden.
3. Druckfühlerwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (38, 40; 40'; 38"", 40"") verringerter Dicke zum Schaffen eines vergrößerten inneren Volumens (34, 36; 36 A, 36 B) ohne entsprechenden erhöhten Abstand der leitenden Kondensatoroberflächen (l8, 20; l8', 20·; 18" ", 20" ") dient.
4. Druckfühlerwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bereiche (40 A, 40 B) verringerter Dicke in einem dielektrischen Bauelement (2) vorgesehen sind, die zum Schaffen von Anlenkbereichen zur Durchbiegung aufgrund der Druckänderung dienen.
5· Druckfühlerwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (38, 40; 40'; 38", 40"; 38"", 40"") verringerter Dicke von in Radialrichtungen vom Mittelpunkt aus variierender Dicke zwecks Schaffung einer im wesentlichen gleichmäßigen Belastungsverteilung in Radialrichtung ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerbauelemente aus Quarz gefertigt sind.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerbauelemente aus geformtem Glas gefertigt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerbauelemente aus geformter Keramik gefertigt sind.
9- Druckfühlerwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel zur Einwirkung einer Kraft auf wenigstens einen der mittleren Teile (10^I!, 12'') zur Verwendung als Kraftfühlerwandler aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitende Anschlußleitung durch den mittleren Teil (IQ., 1_2; 10_'', 12' ') von der leitenden Oberfläche (18, 20; 18", 20'') zu einer Außenoberfläche (26, 28) vorgesehen ist.
11. Druckfühlerwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß leitende Filme (47, 49) auf inneren und äußeren Teilen des dielektrischen Bauelements (2^T) zur Schaffung eines Kopplungskondensators angebracht sind, der zur Lieferung einer Anzeige der Änderung der Wandlerkapazität dient.
12. Druckfühlerwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Oberfläche (l8^f, 20') mit einer elektrisch leitenden Anschlußleitung (46, 48) durch den Be-

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reich versehen ist, in dem die beiden Bauelemente (2^r, H') miteinander (bei 6) verbunden sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (6) zum Zusammenhalten der beiden Bauelemente (2, k; 2', 4^T) geschmolzenes Glas ist.
14. Verfahren zum Herstellen eines Druckfühlerwandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei dielektrische Bauelemente herstellt, deren jedes einen mittleren Teil mit einer leitenden Oberfläche und Mittel· zur elektrischen Verbindung mit der Oberfläche aufweist, die beiden Bauelemente nahe beieinander mit den nahe einander zugewandten leitenden Oberflächen anordnet, die beiden Bauelemente durch Abstandshalter nahe dem Umfang der Bauelemente auf einen gewünschten bestimmten Abstand trennt und die beiden Bauelemente rings um ihren gesamten aneinandergrenzenden Umfangsbereich ohne Entfernung der Abstandshalter miteinander verbindet.
15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man Glas als Verbindungsmaterial verwendet.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man Zement als Verbindungsmaterial verwendet.

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