專利名稱：電容壓力傳感器或壓差傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容壓力傳感器或壓差傳感器。
美國(guó)專利第4388668號(hào)公開了一種電容壓力傳感器，包括一個(gè)由陶瓷材料制成的基底，它的一面設(shè)有第一金屬電極，與基底直接接觸；一個(gè)由陶瓷材料制的膜片，所述的膜片被起隔離層作用的原始玻璃原料永久連接到并被壓力密封到基底上，隔離層把膜片及基底固定成彼此隔開一定的距離形成一腔，膜片在面向基底的一側(cè)設(shè)有第二金屬電極；和引線，它們?cè)诟綦x層區(qū)域向里延伸到電極。
另外，美國(guó)專利第4531415號(hào)公開了一種電容壓差傳感器，它包括一個(gè)由陶瓷材料制成的基底，它的相互相背的兩表面為第一表面和第二表面，它們分別支承著第一金屬電極及第三金屬電極，該兩金屬電極與基底直接接觸；由陶瓷材料制的第一和第二膜片，所述的膜片分別被起隔離層作用的原始玻璃原料永久地連接到并被壓力密封到基底的第一和第二表面上，隔離層把所述的第一和第二膜片與基底固定成彼此隔開一定距離分別形成第一腔和第二腔，和所述的第一和第二膜片分別在腔的一例設(shè)有第二和第四金屬電極；和一個(gè)孔，連接兩個(gè)腔，并引導(dǎo)穿過基底和穿到外面，該孔和兩個(gè)腔充滿了油。
對(duì)于上述兩種壓力傳感器，防止相對(duì)的電極之間短路很重要。這種短路可以為制造時(shí)留在電極之間而沒有發(fā)現(xiàn)的材料顆粒造成，或者在操作時(shí)，由于壓力超過具體的壓力傳感器可允許的壓力，導(dǎo)致電極之間的接觸，或者由于電極的部分與膜片和/或基底分開又重新相互接觸。
按照上面提到的美國(guó)專利4531415號(hào)，它試圖解決短路問題，在基底上固定一些從電極上突起成凸塊的絕緣材料部分，這樣在受到不允許的高的壓力時(shí)，膜片的電極可被凸塊隔斷，不會(huì)與基底的電極接觸。
但是，這種設(shè)計(jì)僅僅解決了上述短路的第二個(gè)原因，但沒有防止另外兩個(gè)原因造成的短路。
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)電容壓力傳感器及壓差傳感器存在的短路問題。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種電容壓力傳感器，包括一個(gè)由陶瓷材料制的基底，它的一面設(shè)有第一金屬電極，由原始的玻璃原料形成的玻璃層至少設(shè)在第一金屬電極上；一個(gè)由陶瓷材料制的膜片，所述的膜片被起隔離層作用的原始玻璃原料永久地連接到并被壓力密封到基底上，隔離層把膜片及基底固定成彼此隔開一定的距離形成一腔，和膜片在腔的一側(cè)設(shè)有第二金屬電極；和引線，它們向里延伸和/或在隔離層區(qū)域穿過膜片到電極。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種電容壓差傳感器，包括一個(gè)由陶瓷材料制的基底，它的相互相背的兩表面為第一表面和第二表面，它們分別支承著第一金屬電極和第三金屬電極，由原始的玻璃原料形成的第一玻璃層至少設(shè)在第一金屬電極上，由原始的玻璃原料形成的第二玻璃層至少設(shè)在第三金屬電極上；由陶瓷材料制的第一和第二膜片，所述的膜片分別被起隔離層作用的原始玻璃原料永久地連接到并被壓力密封到基底的第一和第二表面上，隔離層把所述的第一和第二膜片與基底固定成彼此隔開一定的距離分別形成第一腔和第二腔，和所述的第一和第二膜片分別在腔的一側(cè)設(shè)有第二和第四金屬電極；和導(dǎo)線，它們分別向里和/或穿過第一和第二膜片，或穿過兩個(gè)膜片到各電極；和一個(gè)孔，連接兩個(gè)腔，并引導(dǎo)至少穿過基底和穿到外面，該孔及兩個(gè)腔充滿了油。
按照本發(fā)明的壓力傳感器的一個(gè)改型，由基底的陶瓷材料或高溫玻璃制的薄絕緣層設(shè)在復(fù)蓋第一電極的玻璃層上，所述的膜片通過隔離層與絕緣層永久連接。
按照本發(fā)明的壓差傳感器的一個(gè)改型，由基底的陶瓷材料或高溫玻璃制的薄絕緣層分別設(shè)在復(fù)蓋第一和第三電極的玻璃層上，各所述的膜片通過各隔離層與各絕緣層永久連接。
設(shè)置在基底的電極上的玻璃層保證在基底和膜片的電極之間不發(fā)生短路，因?yàn)橐桓姌O完全被絕緣材料所復(fù)蓋。
另外，從根本上完全地保護(hù)了基底上的電極以防止進(jìn)入壓力傳感器腔內(nèi)的潮氣，這種潮氣來自二個(gè)途徑，一是當(dāng)所述的傳感器不是用作具有真空腔的絕對(duì)壓力傳感器，而是用作相對(duì)壓力傳感器，它的腔由一個(gè)通孔與環(huán)境相連通，參見美國(guó)專利5079953，或者，該腔內(nèi)具有含有水份的充入壓差傳感器的油，這是潮氣進(jìn)入的第二個(gè)途徑。這種防潮性能增加了壓力傳感器和/或壓差傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
下面參照附圖所示的實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。為便于說明，這些圖不按比例，其中類似的零件用同樣的標(biāo)號(hào)，附圖中

圖1為電容壓力傳感器的橫剖面圖。
圖2為圖1所示的電容壓力傳感器的改進(jìn)型的橫剖面圖。
圖3為電容壓差傳感器的橫剖面圖。
圖4為圖3所示電容壓差傳感器的改進(jìn)型的橫剖面圖。
圖1所示的實(shí)施例中的電容壓力傳感器包括一塊基底11和一塊膜片12，它們各由陶瓷材料，而且最好是同樣的陶瓷材料組成。特別適合用于該目的是高純氧化鋁。在頂視圖中(沒示出)，基底及膜片最好是圓形的或矩形的。第一金屬電極13和由原始的玻璃原料形成的玻璃層14設(shè)置在基底11的表面上。
基底11和膜片12是永久性地連接著并且沿著各邊在一個(gè)限定的例如20μm的距離用原始玻璃原料材料作的隔離層17使其相互壓力密封著因而基底11和膜片12形成了一個(gè)腔16。
膜片12在腔的一側(cè)設(shè)有第二金屬電極15。因此，兩電極13，15構(gòu)成一電容器，其電解質(zhì)包括部分玻璃層14和部分空氣或真空。引線18和19在隔離層17的區(qū)域沿著腔的方向伸到電極。膜片12的電極15也可以通過它延伸到外面。
在制造電容壓力傳感器時(shí)，玻璃原材料作為一層放到包括電極13的基底11的表面上，最好在整個(gè)表面上。在邊緣該層的厚度增加，在使玻璃原材料熔化的加熱階段后形成了隔離層17。因此，在邊緣，隔離層與玻璃層14形成整體。上面提到的增加厚度，可以通過例如把一玻璃原料圈分別放到玻璃原料層和膜片的內(nèi)側(cè)而形成。
圖2的橫剖面圖所示的圖1的電容壓力傳感器的發(fā)展中，如有一薄的絕緣層20，它是由基底11的陶瓷材料或如此的高溫玻璃組成，與隔離層17有適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)，用來在過載時(shí)承受切切應(yīng)力，它固定到均勻的薄玻璃層14，該玻璃層由玻璃原料加熱后形成。
這樣，該玻璃層14不用像圖1那樣在邊緣加固，而是用固定到絕緣層20邊緣的玻璃原料環(huán)形成隔離層17。
在圖3的剖面圖所示的壓差傳感器包括一基底31，第一膜片32和第二膜片32′，它們各由陶瓷材料，最好由同樣的陶瓷材料制成。特別適合的是用高純氧化鋁。同樣地，基底和膜片在頂視圖中(未示出)最好是圓形的或矩形的。
在基底31相互相背的兩表面上，其結(jié)構(gòu)是相對(duì)基底中心面成鏡面對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。這樣，第一金屬電極33位于第一表面上，而第三金屬電極33′位于第二表面上。而各由原始的玻璃原料形成的第一和第二玻璃層34，34′分別設(shè)置在這些電極上。
因?yàn)槟て?2、32′分別與基底的第一和第二表面是永久地連接著，并且沿著各邊在一個(gè)限定的例如20μm距離用原始的玻璃原料材料作的各自的隔離層37、37′壓力密封著，基底31與膜片32形成第一腔36，而與膜片32′形成第二腔36′。
膜片32、32 ′分別在腔的一側(cè)設(shè)有第二和第四金屬電極35，35′。這樣電極對(duì)33，35和33′，35′各形成了第一和第二電容器，它們的電解質(zhì)部分是各玻璃層34，34′，部分是油(見下面說明)或是空氣或真空。
引線38，38′，39，39′在隔離層37，37′區(qū)域沿各腔的方向延伸到電極。膜片32，32′的電極15，15′也可以分別通過它們延伸到外面。
隨附圖1說明涉及的安排及加熱玻璃原料也可以應(yīng)用到圖3的實(shí)施例中。
在示于圖4剖面圖中圖3的電容壓差傳感器的發(fā)展中，第一和第二薄絕緣層40，40′由基底31的陶瓷材料或高溫玻璃組成，它們固定到均勻的薄玻璃層34，34′，該玻璃層由玻璃原料加熱后形成。
在這種情況下，玻璃層34，34′不像圖3那樣在邊緣加固，而是用固定到絕緣層40，40邊緣的玻璃原料環(huán)形成隔離層37，37′。
如圖3和圖4所示的壓差傳感器的變型還有孔41，連接兩個(gè)腔36，36′，引導(dǎo)穿過基底31及穿過各腔之間及與外界之間設(shè)置的層。該孔及腔充滿了油，油是通過連接塊42注入的。
如果陶瓷或高溫玻璃絕緣層成預(yù)制件連上，這些層的厚度為例如約150μm。如果需要的話，在先涂上較厚的絕緣層然后用磨削來減薄可得到較薄的(小到40μm)的絕緣層。
權(quán)利要求
1.一種電容壓力傳感器，包括一個(gè)由陶瓷材料制的基底，它的一面設(shè)有第一金屬電極，由原始的玻璃原料形成的玻璃層至少設(shè)在第一金屬電極上；一個(gè)由陶瓷材料制的膜片，所述的膜片被起隔離層作用的原始玻璃原料永久地連接到并被壓力密封到基底上，隔離層把膜片及基底固定成彼此隔開一定的距離形成一腔，和膜片在腔的一側(cè)設(shè)有第二金屬電極；和引線，它們向里延伸和/或在隔離層區(qū)域穿過膜片到電極。
2.一種壓差傳感器，包括一個(gè)由陶瓷材料制的基底，它的相互相背的兩表面為第一表面和第二表面，它們分別支承著第一金屬電極及第三金屬電極，由原始的玻璃原料形成的第一玻璃層至少設(shè)在第一金屬電極上，由原始的玻璃原料形成的第二玻璃層至少設(shè)在第三金屬電極上；由陶瓷材料制的第一和第二膜片，所述的膜片分別被起隔離層作用的原始玻璃原料永久地連接到并被壓力密封到基底的第一和第二表面上，隔離層把所述的第一和第二膜片與基底固定成彼此隔開一定的距離分別形成第一腔和第二腔，和所述的第一和第二膜片分別在腔的一側(cè)設(shè)有第二和第四金屬電極；和導(dǎo)線，它們分別向里和/或穿過第一和第二膜片，或穿過兩個(gè)膜片到各電極；和一個(gè)孔，連接兩個(gè)腔，并引導(dǎo)至少穿過基底和穿到外面，該孔及兩個(gè)腔充滿了油。
3.按照權(quán)利要求1的電容壓力傳感器，其特征在于由基底的陶瓷材料或高溫玻璃制的薄絕緣層設(shè)在復(fù)蓋第一電極的玻璃層上，所述的膜片通過隔離層與絕緣層永久連接。
4.按照權(quán)利要求2的壓差傳感器，其特征在于由基底的陶瓷材料或高溫玻璃制的薄絕緣層分別設(shè)在復(fù)蓋第一和第三電極的玻璃層上，各所述的膜片通過各隔離層與各絕緣層永久連接。
全文摘要
電容壓力傳感器包括由陶瓷材料制的基底，在其一面設(shè)有一電極和一個(gè)由原始玻璃原料形成的玻璃層；一個(gè)由陶瓷材料制的膜片，它被起隔離層作用的原始玻璃原料連接到和壓力密封到基底上，隔離層把膜片及基底固定成隔開一段距離形成一腔，膜片在腔的一側(cè)設(shè)有電極，引線向里延伸和/或在隔離層區(qū)域穿過膜片到電極。壓差傳感器制成相對(duì)于基底的中心面成鏡面對(duì)稱。本發(fā)明可解決現(xiàn)有電容壓力傳感器的短路問題。
文檔編號(hào)G01L9/00GK1127354SQ95103518
公開日1996年7月24日 申請(qǐng)日期1995年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月18日
發(fā)明者于爾根·朗格, 諾貝特·吉爾 申請(qǐng)人:Envec測(cè)量與控制技術(shù)有限公司及兩合公司