可變電容測量裝置的製作方法
2023-12-01 23:44:06 1
專利名稱：可變電容測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及可變電容測量裝置，更具體而言，涉及用作力或壓力傳感器的可變電容測量裝置，裝置中的組件，以及用於製造它們的工藝。
相關技術的說明許多壓力傳感器包括可變電容器以測定壓力。一些壓力傳感器包括一個固定電極，其作為一個電容器電極，以及包括一個隔膜，其作為另一個電容器電極。當在該隔膜兩側有壓力差時，隔膜發生形變。當壓力改變時，該隔膜和固定電極之間的變化間距導致產生電容器的不同的電容值。
雖然電容式壓力傳感器的原理相對簡單，外部因素將使壓力讀取失真。這一點對於那些測量壓力大大低於大氣壓的傳感器而言尤其正確，因為其高靈敏度。例如，溫度改變將影響電容值。
為解決該溫度引起的問題的一個嘗試是在隔膜的一側使用一對固定電極。從電學角度看，該壓力傳感器包括兩個串聯的電容器。在絕緣體，通常是陶瓷盤上構建兩個固定電極的設計，具有包圍並分離於環形電極的中心電極。此外，可以使用紅寶石輥來支承該陶瓷盤，以當溫度改變時，最小化壓力傳感器中的部件之間的摩擦力。通過監測兩個電容器之間在隔膜和每一個固定電極之間的電容讀取值之間的差，這種兩個電容器的用法可用於在一個相對大的溫度範圍內測定流速。
這種雙電容器壓力傳感器也不是沒有問題。首先，通常採用微調操作來適配兩個電容，其通過改變至少一個相對固定電極的面積而實施。該操作是一種手動操作，將涉及某種試錯法。這樣，將產生壓力傳感器之間的偏差。雖然通過最小化傳感器內部的「粘滑」型運動，紅寶石輥等類似物可以改進溫度引起的滯後，但是，設計和製造上所增加的複雜性將導致成本增加。還有，紅寶石輥和其所支承的結構之間的接觸具有應力集中作用，反而影響了傳感器的長期穩定性。因為該壓力傳感器使用兩個電容讀取值之間的差來測量壓力，所以它需要一個大尺寸的隔膜來獲得足夠的靈敏度。另一個問題是長溫升時間，這是因為尺寸和質量都相對較大，以及小的紅寶石輥等等限制了熱傳遞。例如，壓力傳感器達到準備狀態溫度操作條件可能將花費一天的時間。這種長準備時間對於許多製造操作來說是不能接受的。
本發明的概要一種可變電容測量裝置能夠包括在多個實施例中描述的任何一個或多個功能部件，以實現一種可靠的、小巧的裝置。電容器電極、吸氣外殼、夾緊連接器可以沿一共同軸對齊排列，以減小寬度尺寸而不大幅度增加長度。通過選擇那些熱膨脹係數相互接近的材料，可以減小溫度引起的擾動變化。用於陶瓷-金屬接口的基本上變化的拓撲結構可以減小外部汙染物進入裝置的真空部分的可能性。可以在電容器部分和吸氣外殼之間使用一個管子以隔離吸氣外殼和傳感器之間的熱量和應力。注意到，本發明不要求這裡描述的所有功能部件出現在一個裝置中。可變電容測量裝置的其他功能部件可以包括玻璃-陶瓷絕緣體，其化學粘接到電極組件和參考側環的表面以提供真空密封。不需要一個單獨的玻璃密封或槽。此外，單塊電極組件可以代替單個電極組件(用於電穿通)和電極。因此，利用具有更高過程裕度的製造過程，可以制出高質量的可變電容器。可以在絕緣材料的形成過程中使用薄墊片以減小在製造過程中絕緣體粘附到電極部分表面的可能性。實施例還包括用於形成裝置或它們的部分的過程。
在一組實施例中，可變電容測量裝置可包括電極組件和絕緣材料。該絕緣材料可以側面包圍該電極組件。該絕緣材料的熱膨脹係數可以在該電極組件的熱膨脹係數的大約50％以內。
在另一個實施例中，可變電容測量裝置可包括電極、用於容納吸氣材料的外殼、以及夾緊連接器。電極、外殼、夾緊連接器可以沿一共同軸排列。
另一個實施例可以包括一個用於可變電容測量裝置的元件。該元件可以包括傳導部分、電極組件、以及絕緣體。傳導部分和電極組件中的每一個均可具有基本上變化的拓撲結構的表面。該絕緣體可以接觸傳導部分和電極組件的表面並電絕緣傳導部分於電極組件。
另一個實施例可包括一個用於可變電容測量裝置的元件。該元件可以包括主體部分、用於容納吸氣材料的外殼、以及位於主體部分和外殼之間的管子。該管子的寬度可比外殼的寬度小。
在另一個實施例中，一種用於使用可變電容測量裝置的過程包括施加第一信號至電極、吸氣外殼、以及夾緊連接器；施加第二信號至隔膜；以及測量包括電極和隔膜的電容器的電容。電極、外殼、夾緊連接器可以沿一共同軸排列。
在一個進一步的實施例中，一種用於製造用於可變電容測量裝置的元件的過程可包括固定電極組件和傳導部分於相對穩定的位置。該電極組件位於一個模具，該傳導部分側面包圍並分離於電極組件，以形成一個間隔分離區。該方法可進一步包括模製絕緣材料以使其位於該間隔分離區。
在一個進一步的實施例中，一種用於可變電容測量裝置的元件可包括電極組件，該電極組件包括具有第一寬度的電極部分。該元件還可包括包圍電極組件的一部分的絕緣材料。該元件可進一步包括固態材料，比如薄墊片，該材料位於電極部分和絕緣材料之間。該固態材料可以比電極部分寬。
在另一個實施例中，一種用於可變電容測量裝置的元件可包括電極組件和位於電極組件內的吸氣外殼。該元件還可包括包圍電極組件和吸氣外殼的一部分的環。
在另一個實施例中，一種用於可變電容測量裝置的元件可包括單塊電極組件。該單塊電極組件可包括具有電極表面的電極部分。
在另一組實施例中，一種形成用於可變電容測量裝置的元件的方法可包括在一個結構內設置環的一部分、電極組件、固態材料、以及絕緣材料。該電極組件可包括具有表面的電極部分。該固態材料，比如薄墊片，可比電極部分寬。該方法還可包括加熱該絕緣材料。該固態材料可完全防止絕緣材料接觸電極部分的表面。
在另一組實施例中，一種形成用於可變電容測量裝置的元件的方法可包括在環和電極組件之間設置絕緣材料。該方法還可包括結晶絕緣材料以形成接觸環和電極組件的玻璃-陶瓷材料。
在另一組實施例中，一種方法可被用於形成可變電容測量裝置。該裝置可包括吸氣材料、電極組件、以及絕緣材料。一種用於形成可變電容測量裝置的方法可包括在電極組件內設置吸氣材料。該方法還可包括當吸氣材料的一部分被絕緣材料包圍時激活吸氣材料。該電極組件的一部分可位於吸氣材料和絕緣材料之間。
上述大體描述和下面的詳細描述都僅是示例性和解釋性的，並不是要限制本發明，本發明由附屬權利要求所限定。
附圖的簡要描述
圖1示出了根據本發明的一個實施例的可變電容測量裝置的橫截面圖；圖2示出了圖1的測量裝置內部的一個元件；圖3示出了根據本發明的一個可選實施例的可變電容測量裝置的橫截面圖；圖4示出了圖3的測量裝置內部的一個元件；圖5示出了用於將絕緣材料轉換為玻璃-陶瓷材料的熱循環；圖6是使用了圖1或3的測量裝置的流量測量和控制設備的示意圖；圖7是可變電容測量裝置和散熱片的一部分以及連接到該裝置的電連接的透視圖；圖8是包括散熱片和電子接線端的壓力傳感器的透視圖。
本領域技術人員將理解，圖中的元件僅為簡單清楚的目的而示出，沒有必要按照比例畫出。例如，圖中一些元件的尺寸可以相對其他元件而放大，以幫助理解本發明的實施例。
詳細說明現在詳細參考本發明的示例性實施例，其例子在附圖中示出。在任何可能的地方，相同的參考標記將在所有附圖中使用以表示相同或相似的部分(元件)。
一種可變電容測量裝置可包括這裡所描述的任何一個或多個功能部件，以實現一種可靠的、小巧的裝置。在一些實施例中，大致沿一個共同軸對齊排列電容器電極、吸氣外殼以及夾緊連接器，這樣可以減小寬度尺寸而不會大幅度增加長度。該裝置相對較小，並能比現有電容傳感器更快地達到穩定狀態溫度。在另一組實施例中，通過為傳感器的電容器部分選擇熱膨脹係數相互接近的材料，可以減小溫度引起的變化。在另一組實施例中，基本上變化的布局結構可以用於陶瓷-金屬界面以減小外部汙染物到達電容器部分內部的隔膜的參考側的可能性。在進一步的一組實施例中，可以在裝置的電容器部分和吸氣外殼之間使用一個管子以隔離吸氣外殼和傳感器之間的熱量和應力。
此外，可變電容測量裝置可包括玻璃-陶瓷絕緣體，其具有接近地與用於電極組件和參考側環的金屬材料的熱膨脹係數匹配的熱膨脹係數。該玻璃-陶瓷材料可化學粘接到該金屬表面以提供氣密密封，並消除了對於電極組件內的單獨的玻璃密封或槽的需要。此外，可以用單塊電極組件來代替單個獨立的電極組件(用於電饋通)和電極。可以在絕緣材料的形成過程中使用薄墊片以減小在製造過程中絕緣體沿電極側表面流動的可能性。還有，單獨的烘烤和吸氣劑激活循環可結合到單個熱循環中。實施例還包括用於形成該裝置的過程。在讀完下面的多個實施例的說明之後，將能更好的理解本發明。
圖1示出了可用作力傳感器、壓力傳感器或類似物等的可變電容測量裝置10的橫截面圖。為簡化，在整個說明書中，可變電容測量裝置10被稱為壓力傳感器10。壓力傳感器10可包括夾緊連接器102以及電極組件12，這兩個部件可以相互焊合。夾緊連接器102可包括能被焊閉的可鍛材料。連接器102可包括鋁、黃銅或類似物等等。
電極組件12可包括外殼122、管子124以及主體部分126。該外殼122適用於容納吸氣材料106。該吸氣材料可用於吸收或吸附在傳感器30密封之後在隔膜156的參考側的汙染物或漏氣。在該實施例中，隔膜156的參考側包括在隔膜156靠近圖1頂部的那一側的壓力傳感器10的部分，而隔膜156的過程側包括在隔膜156靠近圖1底部的那一側的壓力傳感器10的部分。在吸氣材料的一個非限制性的例子中，可使用SAES吸氣劑，其可從美國科羅拉多州的Colorado Springs的SAES Getters USA，Inc.獲得。吸氣材料106被圖1所示的保持件104和固體阻擋件108保持就位。此外，保持件104可以去除，並且在吸氣外殼122或者夾緊連接器102中的輕微的緊壓可以被用來幫助將吸氣材料106保持在正確位置。
固體顆粒阻擋件108可以位於吸氣材料106的一側，以減小來自吸氣材料106的顆粒到達壓力傳感器10的電容部分14的可能性。固體顆粒阻擋件108可以包括金屬絲篩網、燒結玻璃、薄膜或類似物等等。固體顆粒阻擋件108可以允許氣體流過它，但是不允許吸氣材料106中的很大的顆粒進入電容器主體14。
電極組件12可以進一步包括位於外殼122和電容器部分14之間的管子124。電容器部分14可以包括絕緣體142和電極組件12的主體部分126。另外，管子124的壁應該儘可能的薄。管子124可以具有比外殼122的直徑(寬度)小的直徑(寬度)。當吸氣材料106在高溫被激活時，這個管子124和它的窄直徑以及薄壁幫助減小傳遞到電容器部分14的熱量。管子124也減小任何施加到夾緊連接器102或者吸氣外殼122的外力傳遞到電容器部分14。當電容器部分14在升高的溫度運行時，管子124幫助減小熱損失並保護連接到夾緊連接器102的電子設備。該電極組件12可以進一步包括沿主體部分126的內部部分的螺紋128。該螺紋128可以固定電極154到電極組件12，其中電極154具有互補螺紋。用於固定電極154到電極組件12的其他方法可以包括螺釘或者螺栓(與電極154分離)、鉚釘、焊接或類似方式等等。
電容器部分14可以包括絕緣體142、參考側環144、過程側環147、焊接預加工部145以及外殼146。焊接預加工部145幫助保持焊接點的焊接熱量並減小整個焊接功率，因此最小化這些部分的變形失真。電容器外殼141可以包括參考側環144和外殼146的組合。儘管沒有示出，但是電極154具有一個開口和空心軸用來將隔膜156的參考側抽成真空。可選墊片152可以位於電極組件12和電極154之間，並且用來控制相對於隔膜156的電極154的位置。環144、147以及隔膜156的焊接接縫基本上防止任何流體從隔膜156的過程側流至隔膜156的參考側。
如果傳感器10連接到一個使用等離子氣體的過程，隔膜156的過程側可以包括用來防止對傳感器的潛在損害的等離子罩。過程管子148可以連接到電容器部分14的過程側並可以是流動測量裝置的一部分或者作為用於測量系統中的力或壓力的單獨傳感器。在一個具體、非限制性的實施例中，參考側環144、過程側環147以及隔膜156可以被相互焊接為子組件。該子組件可以被焊接到外殼146並使用焊接預加工部(weld preps)145。在這個實施例中，所有的金屬-金屬連接都是焊接的。
電容器部分14可包括用於壓力傳感器10的可變電容器結構。電極154、隔膜156、以及電極154和隔膜156之間的間隙的組合可組成該用於壓力傳感器10的可變電容器結構。當隔膜156兩側的壓力基本相同時，電極154和隔膜156之間的距離，示出為間隙150，可能在大約50至250微米的範圍內。
在一些實施例中，該壓力傳感器10可變型為差壓傳感器。例如，該差壓傳感器可用於測定所測定的壓力在大氣壓以上或以下多少。該傳感器10可通過除去夾緊連接器102、保持件104、以及吸氣材料106而變型。固體顆粒阻擋件108可保留以基本避免顆粒進入電容器部分14。參考側可基本處於大氣壓，過程管148中的氣體可高於或低於大氣壓。在其他實施例中，隔膜156的另一側可以是大氣壓。可電連接到管子122，以提供期望電壓或其他信號至電極154。另一個差壓傳感應用將在下面涉及質量流量控制器而描述。
現在指出壓力傳感器10的一些物理特性以注意它的一些優點。首先，壓力傳感器10和雙電容器壓力傳感器相比具有相對小的尺寸大小。下面的尺寸是示例性的而不是限定性的。通常，壓力傳感器10的寬度162不超過大約35毫米。電容器部分14的高度，其由標記164表示，可以不超過大約20毫米，外殼122和夾緊連接器102的組合高度可不超過大約20毫米。在一個具體實施例中，寬度162大約為25毫米，尺寸164和166的組合大約為30毫米。因此，可以製造出相對小的壓力傳感器10。壓力傳感器10達到穩定狀態溫度僅需要花費小於大約4小時的時間，在一些情況下可小於大約2小時。將這個時間和傳統雙電容器傳感器的接近24小時進行比較。將這個時間和傳統雙電容器傳感器常見的接近24小時進行比較。
電極154、電極組件12(包括主體部分126、管子124、以及外殼122)，以及夾緊連接器102可沿共同軸100位於中心，如圖1所示。與將這些部件中的至少一個沿一個單獨的基本平行的軸對齊的傳感器相比，將這些部件中的至少一些沿共同軸100對齊，可以使得壓力傳感器10的寬度相對較小。
除了隔膜156可以彎曲之外，傳感器10沒有可移動的部件了。傳感器10不太可能由於移動部件的「粘性滑移(Stick-slip)」移動或故障而發生機械故障或不可再現的讀數。以及，傳感器10沒有任何輥子，比如紅寶石輥。因此，與輥子有關的變形失真或製造複雜性也可消除。
可以選擇傳感器10的材料以使得許多電容器部分14中的材料具有比較一致的熱膨脹係數。例如，電極組件12、參考側環144、殼146、過程側環147、過程管148、電極154、隔膜156以及等離子罩158可以由相同材料製成。如果壓力傳感器10在腐蝕性的環境下使用，該材料可以是鐵鎳合金本身，或包括銅、鉻、鉬、矽、鎢或類似物中的任何一種或多種。示範例可包括INCONELTM，INCOLOYTM，MONELTM，HASTELLOYTM，不鏽鋼或類似物等。在一個具體實施例中，可以使用INCONEL718。電極組件12、參考側環144、殼146、過程側環147、過程管148、電極154、隔膜156以及等離子罩158中的任何一個或所有部件可以是導電傳導部分的例子。注意到，不同的材料可以用於不同的傳導部分。
在另一個實施例中(未示出)，電容器部分14可包括一種或多個絕緣、電阻性的或半導體的材料。外殼的材料應包括熱膨脹係數和絕緣體142的熱膨脹係數相似的材料。如果任何一種或所有該絕緣、電阻性的或半導體的材料用於外殼141，可以進行單獨的電連接以控制運行過程中隔膜156的信號或電位。導線或其他連接體(未示出)可電連接至隔膜156和過程管148，或其他外部導體。可以利用焊接、螺釘、鉚釘、導電粘接劑或環氧樹脂來進行連接至導線或其他連接體的電連接。
絕緣體142應包括熱膨脹係數相似於電容器部分14的其它材料的熱膨脹係數的主絕緣材料。該絕緣體應是穩定的，以承受來自傳感器製造過程中的應力和熱量。對於參考側是真空密封的傳感器，該絕緣體應不能漏氣。在另一個實施例中，玻璃-雲母合成物可用作絕緣材料。在一個具體的非限制性的實施例中，可使用由New Jersey Clifton的Spaulding Composites公司的一個分公司Mykroy/MycalexCeramics製造的玻璃-雲母COMPOSITE561TM。COMPOSITE561TM是玻璃-雲母合成物的模製級合成物。
通常，電容器主體14中的材料，比如電極組件12、絕緣體142、參考側環144、過程側環147、殼146、電極154、隔膜156的材料應進行選擇，以使得絕緣體142(或它的主絕緣材料)的熱膨脹係數在電容器部分14中的任何或所有其他固態材料的熱膨脹係數的大約50％以內。通常，絕緣體142的熱膨脹係數為電容器部分14中的任何或所有其他材料的熱膨脹係數的大約10％以內。理論上，所有的熱膨脹係數應當基本相同。通過選擇具有相似熱膨脹係數的材料，從傳感器10中讀取的讀出值因溫度引起的變化將不會發生或相對小的。
提供一些示例性材料的熱膨脹係數。INCONELTM718大約為13E-6釐米/釐米/攝氏度或者為8E-6英寸/英寸/華氏度，MONELTM大約為14E-6釐米/釐米/攝氏度或者為7E-6英寸/英寸/華氏度，HASTELLOYTM大約為11-13E-6釐米/釐米/攝氏度或者為6-7E-6英寸/英寸/華氏度，不鏽鋼300系列(例如，不鏽鋼316或類似物等)大約為18E-6釐米/釐米/攝氏度或者為10E-6英寸/英寸/華氏度，不鏽鋼400系列大約為11E-6釐米/釐米/攝氏度或者為6E-6英寸/英寸/華氏度，鋁大約為7E-6釐米/釐米/攝氏度或者為4E-6英寸/英寸/華氏度，鎂橄欖石(fosterite)系列大約為10E-6釐米/釐米/攝氏度或者為6E-6英寸/英寸/華氏度，玻璃-雲母COMPOSITE561TM大約為13E-6釐米/釐米/攝氏度或者為7E-6英寸/英寸/華氏度，玻璃-雲母COMPOSITE410TM和555TM大約為11E-6釐米/釐米/攝氏度或者為6E-6英寸/英寸/華氏度。通過閱讀本說明書以後，本領域技術人員將理解如何選擇材料來減小由於溫度變化而導致的嚴重的反作用的可能性。
在如圖1所示的壓力傳感器10的操作中，壓力傳感器10可使隔膜156、參考側環144、過程側環147、以及殼146位於第一電位比如大約為接地電位。接線端(未示出)可連接到夾緊連接器102、電極組件12，或連接到兩者。該接線端能夠允許電連接到電極154的電極組件12具有和隔膜156不同的電位，該電位相對於隔膜156上的電位可以是正極性的或負極性的。此外，一個時變信號或電位可施加到電極組件12上。絕緣體142使得電極154電絕緣於隔膜156。應當避免電極組件12和參考側環144或殼146之間的電連接。
圖2示出了圖1的壓力傳感器10內部的元件20的斷面圖。該元件20包括電極組件12、參考側環144、以及絕緣體142，其中絕緣體142接觸(主體部分上的)電極組件12和參考側環144。在形成該元件20中，可以使用夾子、老虎鉗或其他固定裝置，以在模製操作中相對穩固的固定電極組件12和參考側環144。通常，參考側環144和電極組件12的至少某些部分位於模具中。參考側環144的至少一部分側面包圍並空間分離於電極組件12的至少一部分，以形成間隔分離區。
注意到，參考側環144的內表面和電極組件12的外表面可具有基本上變化的拓撲結構(topologies)。這些基本上變化的拓撲結構有助於密封該元件的參考側使其與可能暴露於大氣壓的該元件的外側隔離。這些基本上變化的拓撲結構可形成一個更長更複雜的空氣、水或其他外部汙染物遷移以達到隔膜156的參考側上的真空區的路徑。這也增強了部件之間的連接。可以使用蛇形的、鋸齒形的、方波形的或任何其他形狀的結構。該基本變化的拓撲結構可通過使用刳刨機或其他切削工具獲得想要的形狀而實現。注意到，該基本上變化的拓撲結構可在拓撲結構上進行改變，這些改變通常比磨光時用於參考側環144和電極組件12的材料均分根表面粗糙度大。
一個可選玻璃密封22可沿參考側環144和電極組件12的表面形成，如圖2所示。在一個例子中，一種玻璃糊(glass paste)可用於改進環144和絕緣材料之間的金屬-陶瓷密封。作為一個例子，New York.Valley Cottage的Aremco Products公司生產的GEC-100TM可用作該玻璃糊。該玻璃糊可在形成電極組件12和參考側環144之間的間隙內的絕緣材料之前或之後被固化。然後，一種可模製絕緣材料24(例如，玻璃-雲母COMPOSITE561TM或類似物)可被模製以位於參考側環144和電極組件12之間。該絕緣材料24可具有相似於參考側環144和電極組件12的熱膨脹係數。緊接著該模製操作，可採用退火處理來改進元件20內部多個材料之間的密封的整體性。在一可選實施例中，用於絕緣142的可模製絕緣材料24和玻璃密封22的組合可以被上述玻璃-陶瓷材料所代替。
在一些應用中，當使用吸氣材料106並溫度激活該材料時，該激活溫度可高達大約800攝氏度。選擇用於元件20的材料以使得其能夠承受瞬間熱衝擊。傳感器10可在一個升高的溫度(有時高於大約200攝氏度)運行也是很常見的。選擇用於元件20的材料以使得其不會嚴重導致汙染或漏氣，其中該汙染或漏氣可能會在對隔膜參考側抽真空時或當壓力傳感器10置於一個升高的溫度時的後繼處理工藝條件下發生。
參照圖1，隔膜156參考側通常帶入一個非常低的壓力。在許多情況下，該壓力不會超過大約10微帕斯卡(microPa)或10-7託，通常小於1微帕斯卡或10-8託。在參考側被抽真空後，夾緊連接器102可利用老虎鉗一樣的工具被冷焊接和密封。在該工具足夠的壓力之下，夾緊連接器102的金屬將熔和在一起並焊合。可以使用密封該裝置的其他方法。
圖3示出了根據本發明一個可選實施例的可變電容測量裝置30的斷面圖。可變電容測量裝置30可用作力傳感器、壓力傳感器或類似物等等。為簡化，在整個說明書中，可變電容測量裝置30被稱為是壓力傳感器30。壓力傳感器30可包括夾緊連接器102以及電極組件32，兩者可被相互焊接、銅焊或錫焊。
電極組件32可包括吸氣外殼322、管子324以及電極部分326。該吸氣外殼322用於容納吸氣材料306。該吸氣材料306可被稱為吸氣劑，用於吸收或吸附在傳感器30密封之後在隔膜156的參考側的汙染物或漏氣。在該實施例中，隔膜156的參考側包括在隔膜156靠近圖3頂部的那一側的壓力傳感器30的部分，而隔膜156的過程側包括在隔膜156靠近圖3底部的那一側的壓力傳感器30的部分。在吸氣材料的一個非限制性的例子中，可使用SAES吸氣劑，其可從美國科羅拉多州的Colorado Springs的SAES Getters USA公司獲得。吸氣材料306被圖3所示的保持件104和固體顆粒阻擋件308保持就位。此外，保持件104可以去除，並且在吸氣外殼322或者夾緊連接器302上的輕微的緊壓可以被用來幫助保持吸氣材料306在正確位置。
固體顆粒阻擋件308可以位於吸氣材料306的一側，以減小來自吸氣材料306的顆粒到達壓力傳感器30的隔膜156的可能性。固體顆粒阻擋件108可以包括金屬絲篩網、燒結玻璃、薄膜等等。固體顆粒阻擋件108可以允許氣體流過它，但是不允許吸氣材料306中的很大的顆粒到達隔膜156或間隙150。
電極組件32可以進一步包括位於夾緊連接器102和絕緣體342之間的管子324。管子324的壁應該儘可能的薄。管子324可以具有比吸氣外殼322的其餘部分(其大部分被絕緣體342包圍)的直徑(寬度)小的直徑(寬度)。類似於管子124，該管子324可減小任何施加到夾緊連接器102的外力傳遞到電容器部分34。如果電容器部分34在升高的溫度運行，管子324幫助減小熱損失並保護連接到夾緊連接器102的電子設備。
在一個非限制性實施例中，該電極組件32可以包括單塊電極組件。所謂單塊電極組件，意味著，電極組件由單塊材料形成。電極組件的多個部分不通過螺紋、焊接、鉚釘或類似物等而緊固。在一個可選實施例(未示出)，電極組件32可包括單個部件的組合。
電極部分326是電極組件32位於絕緣體342下面的部分。電極部分326具有面向隔膜156的電極表面328，相對於該電極表面328的非電極傳感(上部)表面327，以及基本平行於電極表面328的側表面329。這些表面的重要性將在後面的具體說明中描述。
電容器部分34可以包括絕緣體342、參考側環344、過程側環147、焊接預加工部145、外殼146、以及電極組件32位於隔膜156合絕緣體342頂部之間的部分，如圖3所示。焊接預加工部145幫助保持焊接點的焊接熱量並減小整個焊接功率，因此最小化這些部分的變形失真。環344、147以及隔膜156的焊接點基本上防止任何流體從隔膜156的過程側流至間隙150。電極組件32具有一個開口和一個空心軸用來將隔膜156的參考側抽成真空。
一個可選薄墊片352可以位於電極部分326和絕緣體342之間並接觸它們。該薄墊片352可用於控制電極部分326相對於隔膜156的位置。該薄墊片352可以是固態材料，並可以是絕緣體或導電體。如果該薄墊片352是導電體，它應該分離於參考側環344以防止電極部分326和隔膜156之間的短路。薄墊片352可具有大約75-100微米(3-4毫英寸(密耳))的厚度。
如果傳感器30連接到一個使用等離子氣體的過程設備，隔膜156的過程側可以包括用來防止對傳感器30的潛在損害的等離子罩158。過程管子148可以連接到電容器部分34的過程側並可以是流動測量裝置的一部分，或者作為用於測量系統中的力或壓力的單獨傳感器。在一個具體、非限制性的實施例中，參考側環344、過程側環147以及隔膜156可以被相互焊接為子組件。該子組件可以被焊接到外殼146並使用焊接預加工部145。在這個實施例中，所有的金屬-金屬連接都是焊接的。
電容器部分34可包括用於壓力傳感器30的可變電容器結構。電極部分326、隔膜156、以及電極部分326和隔膜156之間的間隙150的組合可組成該用於壓力傳感器30的可變電容器結構。該電容是電極表面328的面積的函數。當隔膜156兩側的壓力基本相同時，間隙150可能在大約50至250微米的範圍內。
在一些實施例中，類似於壓力傳感器10，該壓力傳感器30可變型為差壓傳感器。例如，該差壓傳感器可用於測定所測定的壓力在大氣壓以上或以下多少。該傳感器30可通過除去夾緊連接器102、保持件104、以及吸氣材料306而變型。固體顆粒阻擋件308可維持基本避免顆粒進入隔膜156或間隙150。參考側可基本處於大氣壓，過程管148中的氣體可高於或低於大氣壓。在其他實施例中，隔膜156的另一側可以是大氣壓。可使電連接件連接到電極組件32，以提供期望電壓或其他信號至電極部分326。另一個差壓傳感設備將在下面涉及質量流量控制器而描述。
現在指出壓力傳感器30的一些物理特性以注意它的一些優點。首先，壓力傳感器30和傳統壓力傳感器相比具有相對小的尺寸。壓力傳感器30可以作得比壓力傳感器10還小，這時因為吸氣材料306和固態障柵308的一部分或全部可以位於壓力傳感器30的電容器部分34。在一個非限制性實施例中，尺寸366不超過大約15毫米。在一個具體實施例中，寬度162大約為25毫米，尺寸164和366的組合的尺寸大約為25毫米。因此，可以製造出相對小的壓力傳感器30。壓力傳感器10的所有其他的示例性尺寸均可用於壓力傳感器30。
可以選擇傳感器30的材料，以使得許多電容器部分34中的材料具有比較一致的熱膨脹係數並提供良好的密封。例如，電極組件32、參考側環344、殼146、過程側環147、過程管148、隔膜156以及等離子罩158可以由相同材料製成。如果壓力傳感器30在腐蝕性的環境下使用，該材料可以是鐵鎳合金，或包括銅、鉻、鉬、矽、鎢中的任何一種或多種。示範例可包括INCONELTM，INCOLOYTM，MONELTM，HASTELLOYTM，不鏽鋼或類似物等。在一個具體實施例中，可以使用INCONEL718。電極組件32、參考側環344、殼146、過程側環147、過程管148、隔膜156以及等離子罩158中的任何一個或所有部件可以是電傳導部分的例子。注意到，不同的材料可以用於不同的傳導部分。
在另一個實施例中(未示出)，電容器部分34可包括一種或多個絕緣、電阻性的或半導體的材料。外殼的材料應包括熱膨脹係數和絕緣體342的熱膨脹係數相似的材料。如果任何一種或所有該絕緣、電阻性的或半導體的材料用於電容器部分34，可以進行單獨的電連接以控制運行過程中隔膜156的信號或電位。導線或其他連接體(未示出)可電連接至隔膜156和過程管148，或其他外部導體。可以利用焊接、螺釘、鉚釘、導電粘接劑或環氧樹脂來製成連接至導線或其他連接體的電連接件。
絕緣體342包括熱膨脹係數相似於電容器部分34的熱膨脹係數的主絕緣材料。該絕緣體應是穩定的，以承受來自傳感器製造過程中的應力和熱量。
在一個實施例種，絕緣體342包括玻璃-陶瓷材料。該玻璃-陶瓷材料的例子包括包含至少一種非矽酸鹽氧化物化合物，其中該非矽酸鹽氧化物化合物包括氧化鋁(Al2O3)，氧化鋇(BaO)，氧化鈷(CoO)，氧化硼(B2O3)，氧化鋰(Li2O)，氧化鉀(K2O)，五氧化二磷(P2O5)或類似物等等。在一個具體的非限制性的實施例中，該玻璃包括大約55-80重量百分比的二氧化矽(SiO2)。該非矽酸鹽氧化物可用作摻雜物以影響絕緣材料的特性。特性之一為熱膨脹係數。通過選擇恰當的摻雜物和濃度，該玻璃-陶瓷的係數可調整到接近它所要接觸的材料。美國專利Nos.4135936；4414282；以及5820989包含關於這些玻璃-陶瓷材料的成分和形成的更多細節，這些專利申請在此作為參考。玻璃-陶瓷材料的一些示範例為市場上可獲得的來自Pennsylvania Duryea的Shott Glass Technologies公司的S-8070TM和S-8073TM。注意到，壓力傳感器10的絕緣體142可包括這些材料的任何一種。
玻璃-陶瓷材料的熱膨脹係數在10E-6至20E-6釐米/釐米/攝氏度或者6E-6至10E-6英寸/英寸/華氏度的範圍。壓力傳感器30中使用的其他材料的熱膨脹係數在上面已經參照壓力傳感器10而說明了。在閱讀了該說明書之後，本領域技術人員將理解如何選擇材料來減小由於溫度變化而導致的嚴重的反作用的可能性。
類似於壓力傳感器10，在如圖3所示的壓力傳感器30的操作中，壓力傳感器30可使隔膜156、參考側環344、過程側環147、以及外殼146位於第一電位比如大約為接地電位。接線端(未示出)可連接到夾緊連接器102、電極組件32，或連接到兩者。該接線端能夠允許電連接到電極部分326的電極組件32具有和隔膜156不同的電位，該電位相對於隔膜156上的電位可以是正極性的或負極性的。此外，一個時變信號或電位可施加到電極組件32上。絕緣體142使得電極部分326電絕緣於隔膜156。應當避免電極組件32和參考側環344或殼146之間的電連接。
圖4示出了壓力傳感器30內部的元件40的斷面圖。該元件40包括夾緊連接器102、電極組件32、參考側環344、以及絕緣體342，其中絕緣體342接觸(主體部分上的)電極組件32和參考側環344。電極組件32和參考側環344的各自的表面422和444是基本平坦的。因為絕緣體342和表面422、444之間的連接是氣密封的，所以不需要槽、通道或其他功能部件。還有，不需要一個單獨的玻璃密封化合物。注意到，夾緊連接器102在形成絕緣體342時沒有出現。
如果需要，表面422和444可成選擇的錐形(未示出)。例如，如果間隙150的壓力低於傳感器30外部的環境壓力，則電極組件32、環344或兩者的寬度在靠近間隙150的地方較寬，在靠近夾緊連接器102的地方較窄。相反，如果間隙150的壓力高於傳感器30外部的環境壓力，則電極組件32、環344或兩者的寬度在靠近間隙150的地方較窄，以及在接觸靠近夾緊連接器102的絕緣體的地方的寬度。
在形成該元件40中，可以使用夾子、老虎鉗或其他固定裝置，以在模製操作中相對穩固的固定電極組件32和參考側環344。通常，電極組件32和參考側環344的至少某些部分位於一個模具中。參考側環344的至少一部分側面包圍並空間分離於電極組件32的至少一部分，以形成間隔分離區。薄墊片352可在操作中出現。在一個實施例中，薄墊片352比薄墊片152寬得多。
具有想要的濃度的摻雜物的絕緣材料加入到該模具中。進行熱循環以將該絕緣材料轉換為玻璃-陶瓷材料，並分別化學接合該絕緣體342至電極組件32和參考側環344的表面422和444。該模具可具有可能接觸到玻璃-陶瓷材料的石墨表面。該模具可被去除而不需要矽基噴霧。因此，可減小對汙染物的擔心。
圖5中示出了形成該玻璃-陶瓷材料的熱循環。該熱循環包括一個達到大約1000攝氏度的斜坡，並保持在該溫度達大約13分鐘。在這段時間，絕緣材料可變軟，並填入所需空間。因為該溫度可能會接近或高於絕緣材料的流點，因此，薄墊片352可基本避免任何絕緣材料接觸到電極部分326的上表面327和側表面329。如果絕緣材料接觸到表面327和329，當在部件之間出現一些熱膨脹係數之間的不匹配時，將對電容產生不利影響。較寬薄墊片352(和薄墊片152相比)有助於減小表面327和329接觸到絕緣體342的可能性。因為電極組件32可為單塊電極組件，薄墊片352在玻璃-陶瓷材料形成過程中位於適當位置，因此，可實現隔膜156和電極表面328之間的更好的尺寸控制。
具有絕緣材料的部件可被冷卻到大約650攝氏度，並保持在該溫度達大約20分鐘。在這段時間內，可形成玻璃-陶瓷材料晶體的成核點。溫度可增加到大約850攝氏度，並保持在該溫度達大約20分鐘。在這段時間內，該晶體可從該成核點生長以形成多晶的玻璃-陶瓷材料。具有該玻璃-陶瓷絕緣體342的該元件40然後可被冷卻。注意到，玻璃-陶瓷絕緣體342仍然是一種絕緣材料，但卻具有具體的特性(例如，該玻璃-陶瓷是多晶的)。在整個熱循環中，包括氮、惰性氣體(例如，氦或氬)等等的惰性氣體可被使用，以減小夾緊連接器102、電極組件32或環344中的不期望的金屬氧化。
在元件40充分冷卻後，它可在製造過程中和傳感器30的其他部件組合在一起。參考側環344、隔膜156、以及過程側環147可彼此焊接。
在密封參考側之前，傳感器30可被烘烤以減小漏氣。該用於烘烤的熱循環可與用於吸氣材料306的激活操作結合在一起。例如，熱循環的第一部分(例如，烘烤部分)可在大約130-170攝氏度的溫度範圍內進行達大約50-80小時。在熱循環的第二部分，該溫度可被增加到大約230-270攝氏度的溫度範圍，並持續大約1-3小時。在一個具體的非限制性的實施例中，第一部分可在大約150攝氏度的溫度進行達大約58小時，第二部分可在大約250攝氏度的溫度進行達大約2小時。注意到，這兩個部分是在一個熱循環中進行的(例如，不需要在各部分之間冷卻到大約室溫(例如大約20-25攝氏度))。烘烤和激活循環可在同一個烤爐中進行。
將上述熱循環和傳統熱循環比較。在傳統過程中，烘烤和激活作為兩個不同的操作進行。傳感器可能在烤爐中要加熱到大約150攝氏度達大約70小時。該傳感器可被冷卻到大約室溫左右，並移到一個單獨的無線電頻率感應加熱裝置，該裝置能夠就地加熱該吸氣材料至大約600-900攝氏度達大約1-10分鐘。雖然可使用傳統方法，但是，對於當吸氣材料306完全位於電容器部分34外部的情形，該傳統方法需要的更多。
參照圖3，隔膜156的參考側通常帶入一個非常低的壓力。在許多情況下，該壓力不會超過大約10微帕斯卡(microPa)或10-7託(Torr)，通常小於1微帕斯卡或10-8託。在對參考側抽真空後，夾緊連接器102可利用老虎鉗一樣的工具被冷焊接和密封。在該工具足夠的壓力之下，夾緊連接器102的金屬將熔和在一起並焊合。可以使用密封該裝置的其他方法。
傳感器30及其製造方法比傳統的傳感器及其製造方法更優。該玻璃-陶瓷材料可被化學接合到電極組件32和參考側環344中的每個上。不需要單獨的玻璃密封材料。該化學接合還允許使得相對平滑的壁用於電極組件32和參考側環344。可選的，表面可略粗糙，以改進玻璃和金屬表面之間的粘接，但這種粗糙度不會形成肉眼可見的至少一毫米深度的槽或通道。電極組件32和參考側環344不需要槽或其他蜿蜒的圖案結構而人為的增加用於水或其他汙染物的移動路徑。
所示的實施例的另一個優點在於，薄墊片352有助於保持絕緣材料342接觸電極部分326的表面327和329。因此，當有部件之間的熱膨脹係數的輕微不匹配時，當溫度改變時電極部分326將保持相對的平坦，從而最小化了溫度引起的電容變化。如果薄墊片352比電極部分326窄，製造上的可變性使得絕緣材料342在一些傳感器中接觸側表面329，而在其他傳感器中不接觸側表面329。這種可變性將大大影響可變電容器的電性能。
如上所述，傳感器30可作得更小。電極組件32可具有一個沒有槽或通道的片，並允許一個貫穿其中心的較寬開口。該較寬開口可使得吸氣材料306至少部分地位於傳感器30的電容器部分34中。因此，可進一步減小尺寸366。
可使用同一加熱裝置在同一加熱循環中進行傳感器30的烘烤和吸氣材料306的激活。因為吸氣劑激活操作作為傳感器30的烘烤操作的一部分，從而減少了製造時間。此外，因為需要更少的設備並需要更少的操作員接觸，從而實現了製造效率。此外，可避免潛在的誤加工(跳過烘烤或激活操作之一)，因為進行兩個操作均不需要烘烤和激活操作之間的人員接觸。
圖6示出了一種流量測量和控制裝置60，比如質量流量控制器的示意圖。流體可流過進口管622、主體624以及出口管626。雖然未示出，電子設備可施加到裝置60並可連接到至主體624內部的控制器66。流體可被設計成流過閥門642和節流器646。節流器646包括節流孔、文氏管或類似物等等。兩個壓力傳感器644和648，其類似於圖1的傳感器10或圖3的傳感器30，可位於節流器646的相對側。流體的流量可通過節流器646兩側的壓力差來確定。電信號傳輸到控制器66。通過獲知管子直徑、節流器646的類型(節流孔、文氏管等)以及節流器646的直徑以及從傳感器644和648讀取的讀數，控制器66或遠程計算機就可以確定出通過裝置60的流量了。可以通過調節閥門642來控制流量。在閱讀了該說明書的所有內容之後，本領域技術人員將理解，可使用其他的流量測量或控制裝置，並不同的構造這些裝置。
圖7示出了一種流量測量和控制裝置70，比如質量流量控制器，的示意圖，其中使用一個單一的差壓傳感器744(類似於上述的差壓傳感器)來代替圖6中壓力傳感器644和648的組合。裝置70可與乾燥氣體，包括清潔的乾燥空氣、氮氣、氬氣、氧氣、氫氣或類似物等等一起使用。傳感器744的兩端連接在沿節流器646的兩個相對側的點處。在該特定實施例中，隔膜的電極側連接到節流器646的下遊(低壓)側，以減小間隙150內冷凝形成的可能性。可以使用管子的電絕緣部分747來基本防止電極154電短路至外殼。可以使用大多數塑料和聚合物的管路。此外，可以使用玻璃或另一種陶瓷材料。流體的流量可通過節流器646兩側的壓力差來確定。電信號可傳輸到控制器76。通過獲知節流器前和節流器後的管子直徑、節流器646的類型(節流孔、文氏管等)以及節流器646的直徑，以及從傳感器744讀取的讀數，控制器76或遠程計算機就可以測出通過裝置70的流量了。可以通過調節閥門642來控制流量。在閱讀了該說明書的所有內容之後，本領域技術人員將理解，可使用其他的流量測量或控制裝置，並不同地構造這些裝置。
圖8示出了包括散熱片84和電子接線端82的壓力傳感器10的透視圖。在該實施例中，熱可被施加到傳感器10的電容器部分14，以減小隔膜156的過程側的冷凝形成的可能性。該電容器部分14的一些示例性溫度可在大約40-200攝氏度的範圍。散熱片84可側面包圍管子124(圖8中未示出)以協助散熱，從而更少的熱量被傳遞到外殼122和夾緊連接器102。這就使得連接到夾緊連接器102的電子設備保持在一個更低的溫度。如果散熱片84包括導電材料，散熱片84應位於不會將電極組件12電短路至電容器部分14的參考側環144或外殼146的位置。如果散熱片84包括導熱但不導電的材料比如氮化鋁、FR4等等，就可以基本消除對電短路的擔憂。該散熱片84等可吸收吸氣劑激活熱並減小傳遞到電容器部分14的熱量，因此基本消除了熱衝擊。在一個可選實施例中，可用壓力傳感器30代替壓力傳感器10。
在上述說明中，本發明參照具體實施例而被說明。然而，本領域技術人員將理解，可實施多種變型和改變而不脫離下面的權利要求所限定的本發明的範圍。因此，這些說明和附圖均是示例性的而不是限制性的，並且所有這些變型均應包含在本發明的範圍之內。
上面已經參考具體實施例說明了本發明的好處、其他優點以及問題的解決方案。然而，這些好處、其他優點、問題的解決方案，以及會導致這些好處、其他優點、問題的解決方案發生或變得更加明顯的要素，不構成任何一個或所有權利要求的關鍵的、必需的或必須的特性或要素。
這裡所使用的術語「包括」、「包含」、「具有」或其他變型詞，均用於覆蓋一種非排除性的內含物。例如，包括一系列要素的過程，物體，或裝置並不是必須要限制為僅僅包括這些要素，還可以包括其他在這裡沒有列舉的屬於這些過程，物體，或裝置的要素。進一步，除非有明確的相反定義，「或者」意為一種包含性的「或者」，而不意為一種排他性的「或者」。例如，條件A或者B在下面任何一個中均滿足A是對的(或存在的)以及B是錯的(或不存在的)，A是錯的(或不存在的)以及B是對的(或存在的)，以及A和B都是對的(或存在的)。
權利要求
1.一種可變電容測量裝置，包括電極組件，其具有第一熱膨脹係數；以及絕緣材料，其具有第二熱膨脹係數，其中該絕緣材料側面包圍該電極組件；以及第二熱膨脹係數在第一熱膨脹係數的大約50％以內。
2.權利要求1的可變電容測量裝置，進一步包括電容器外殼，其中該電容器外殼側面包圍該絕緣材料；以及包含電連接到隔膜的傳導部分。
3.權利要求2的可變電容測量裝置，其中傳導部分具有第三熱膨脹係數；以及第二熱膨脹係數在第一和第三熱膨脹係數的大約50％以內。
4.權利要求1的可變電容測量裝置，進一步包括電極，其連接到電極組件；傳導部分；以及連接到傳導部分的隔膜，其中電極、隔膜以及電極和隔膜之間的間隙組成可變電容器；以及電極和隔膜之間的距離處於大約50-250微米的範圍內。
5.權利要求4的可變電容測量裝置，進一步包括夾緊連接器，其中電極組件包括吸氣劑外殼；以及電極、吸氣劑外殼以及夾緊連接器沿一共同軸排列。
6.權利要求5的可變電容測量裝置，其中電極組件進一步包括位於該可變電容測量裝置的吸氣劑外殼和電容器部分之間的管子，其中吸氣劑外殼具有吸氣劑外殼寬度並通過管子與電容器部分間隔開；以及管子具有小於吸氣劑外殼寬度的管子寬度。
7.權利要求1的可變電容測量裝置，其中電極組件包括包含鐵和鎳的合金，並且該絕緣材料選自玻璃-雲母合成物和玻璃-陶瓷材料。
8.權利要求1的可變電容測量裝置，進一步包括傳導部分，其中傳導部分具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；電極組件具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；以及該絕緣材料至少是絕緣體的接觸傳導部分和電極組件的表面的部分，其中絕緣體使傳導部分與電極組件電絕緣。
9.一種可變電容測量裝置，包括電極；吸氣劑外殼；以及夾緊連接器，其中電極、吸氣劑外殼和夾緊連接器沿一共同軸排列。
10.權利要求9的可變電容測量裝置，其中吸氣劑外殼具有吸氣劑外殼寬度並是電極組件的一部分；電極組件進一步包括管子；該管子具有管子寬度並位於吸氣劑外殼和電極之間；以及管子寬度小於吸氣劑外殼寬度。
11.權利要求10的可變電容測量裝置，進一步包括側面包圍管子的散熱片。
12.權利要求9的可變電容測量裝置，進一步包括隔膜，其中電極、隔膜以及電極和隔膜之間的間隙組成可變電容器；以及電極和隔膜之間的距離處於大約50-250微米的範圍內。
13.權利要求9的可變電容測量裝置，其中電極和吸氣劑外殼包括包含鐵和鎳的合金，並且該絕緣材料選自玻璃-雲母合成物和玻璃-陶瓷材料。
14.權利要求9的可變電容測量裝置，進一步包括傳導部分和絕緣體，其中傳導部分具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；吸氣劑外殼是電極組件的一部分；電極組件具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；以及絕緣體接觸傳導部分和電極組件的表面，其中絕緣體使傳導部分與電極組件電絕緣。
15.一種用於可變電容測量裝置的元件，其中該元件包括傳導部分，其具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；電極組件，其具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；以及絕緣體，其接觸傳導部分和電極組件的表面並將傳導部分與電極組件電絕緣。
16.權利要求15的元件，其中電極組件和傳導部分包括包含鐵和鎳的合金，並且該絕緣材料選自玻璃-雲母合成物和玻璃-陶瓷材料。
17.權利要求16的元件，其中絕緣體包括玻璃密封和可模製的絕緣材料，其中玻璃密封位於可模製的絕緣材料與傳導部分和電極組件中的至少一個之間。
18.權利要求15的元件，其中電極組件和傳導部分包括合金，該合金包括鐵和鎳，並且該絕緣材料包括接觸電極組件和傳導部分的玻璃-陶瓷材料。
19.權利要求15的元件，其中電極組件具有第一熱膨脹係數；絕緣體具有第二熱膨脹係數；傳導部分具有第三熱膨脹係數；以及第二熱膨脹係數在第一和第三熱膨脹係數中的至少一個的大約50％以內。
20.權利要求15的元件，其中電極組件包括吸氣劑外殼和位於絕緣體和吸氣劑外殼之間的管子；吸氣劑外殼具有吸氣劑外殼寬度；管子具有管子寬度；以及管子寬度小於吸氣劑外殼寬度。
21.一種用於可變電容測量裝置的元件，其中該元件包括主體部分；吸氣劑外殼，其中吸氣劑外殼具有吸氣外殼寬度；以及吸氣劑外殼與主體部分間隔開；以及位於主體部分和吸氣劑外殼之間的管子，其中管子的寬度比吸氣劑外殼的寬度小。
22.權利要求21的元件，其中主體部分、吸氣劑外殼以及管子包括包含鐵和鎳的合金。
23.權利要求21的元件，其中該元件進一步包括傳導部分和絕緣體，其中傳導部分具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；主體部分具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；以及絕緣體接觸傳導部分和主體部分的表面，並使傳導部分與主體部分電絕緣。
24.權利要求23的元件，其中絕緣體包括玻璃密封和可模製的絕緣材料，其中玻璃密封位於可模製的絕緣材料與傳導部分和主體部分中的至少一個之間。
25.權利要求23的元件，其中主體部分具有第一熱膨脹係數；絕緣體具有第二熱膨脹係數；傳導部分具有第三熱膨脹係數；以及第二熱膨脹係數在第一和第三熱膨脹係數中的至少一個的大約50％以內。
26.權利要求21的元件，其中絕緣體包括接觸傳導部分和主體部分的玻璃-陶瓷材料。
27.一種用於可變電容測量裝置的元件，其中該元件包括電極組件，其具有第一熱膨脹係數；以及絕緣材料，其具有第二熱膨脹係數，其中該絕緣材料側面包圍該電極組件；以及第二熱膨脹係數在第一熱膨脹係數的大約50％以內。
28.權利要求27的元件，其中絕緣材料包括玻璃-陶瓷材料。
29.權利要求28的元件，進一步包括側面包圍絕緣材料的電容器外殼，其中玻璃-陶瓷材料接觸電極組件和電容器外殼。
30.權利要求27的元件，其中絕緣材料包括玻璃-雲母材料。
31.權利要求30的元件，其中絕緣材料進一步包括玻璃密封，其位於電極組件和玻璃-雲母合成物之間。
32.一種用於使用可變電容測量裝置的過程，包括施加第一信號至電極、吸氣劑外殼、以及夾緊連接器，其中電極、吸氣劑外殼以及夾緊連接器沿一共同軸排列；施加第二信號至隔膜；以及測量包括電極和隔膜的電容器的電容。
33.權利要求32的過程，其中吸氣劑外殼具有吸氣劑外殼寬度並是電極組件的一部分；電極組件進一步包括管子；該管子具有管子寬度並位於吸氣劑外殼和電極之間；以及管子寬度小於吸氣劑外殼寬度。
34.權利要求32的過程，其中第二信號為時變信號。
35.權利要求34的過程，其中第一信號大約處於接地電位。
36.權利要求32的過程，其中可變電容測量裝置進一步包括絕緣材料，其中電極、吸氣劑外殼包括包含鐵和鎳的合金；以及絕緣材料選自玻璃-雲母合成物和玻璃-陶瓷材料。
37.權利要求32的過程，其中可變電容測量裝置進一步包括傳導部分和絕緣體，其中傳導部分具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；吸氣劑外殼是電極組件的一部分；電極組件具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；以及絕緣體接觸傳導部分和電極組件的表面，其中絕緣體使傳導部分電極組件電絕緣。
38.權利要求32的過程，其中可變電容測量裝置進一步包括具有第一熱膨脹係數的電極組件，其中電極組件連接到電極；具有第二熱膨脹係數的絕緣材料；以及具有第三熱膨脹係數的電容器外殼，其中絕緣材料位於電極組件和電容器外殼之間；以及第二熱膨脹係數在第一和第三熱膨脹係數中的至少一個的大約50％以內。
39.一種用於製造用於可變電容測量裝置的元件的過程，包括將電極組件保持在相對固定的位置，其中該電極組件位於一個模具中；將傳導部分保持在相對固定的位置，其中該傳導部分側面包圍電極組件並與電極組件間隔開，以形成一個間隔分離區；以及模製絕緣材料以使其位於該間隔分離區。
40.權利要求39的過程，其中絕緣材料包括玻璃-雲母合成物。
41.權利要求40的過程，其中電極組件和傳導部分包括包含鐵和鎳的合金。
42.權利要求39的過程，進一步包括在模製絕緣材料之前將玻璃密封沿電極組件和傳導部分的表面而設置。
43.權利要求39的過程，其中電極組件具有第一熱膨脹係數；絕緣材料具有第二熱膨脹係數；傳導部分具有第三熱膨脹係數；以及第二熱膨脹係數在第一和第三熱膨脹係數中的至少一個的大約50％以內。
44.權利要求39的過程，其中電極組件包括吸氣劑外殼、主體部分和位於吸氣劑外殼和主體部分之間的管子；吸氣劑外殼具有吸氣劑外殼寬度；管子具有管子寬度；以及管子寬度小於吸氣劑外殼寬度。
45.權利要求39的過程，其中傳導部分具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；電極組件具有帶有基本上變化的拓撲結構的表面；以及絕緣體，其包括絕緣材料，接觸傳導部分和電極組件的表面。
46.一種用於可變電容測量裝置的元件，包括電極組件，該電極組件包括具有第一寬度的電極部分；包圍電極組件的一部分的絕緣材料；以及固態材料，其位於電極部分和絕緣材料之間，其中該固態材料具有比第一寬度寬的第二寬度。
47.權利要求46的元件，其中固態材料接觸電極部分和絕緣材料。
48.權利要求46的元件，進一步包括電極組件內的吸氣材料。
49.權利要求48的元件，其中絕緣材料包圍吸氣材料的至少一部分。
50.權利要求46的元件，其中電極組件是單塊電極組件。
51.一種可變電容測量裝置，其包括權利要求46的元件。
52.一種用於可變電容測量裝置的元件，包括電極組件；位於電極組件內的吸氣劑外殼；以及側面包圍電極組件和吸氣劑外殼的一部分的環。
53.權利要求52的元件，其中電極組件是包括第一電極的單塊電極組件；以及環電連接到第二電極。
54.權利要求52的元件，進一步包括位於電極組件和環之間並和電極組件和環接觸的絕緣材料；以及絕緣材料包圍吸氣外殼的一部分。
55.一種可變電容測量裝置，其包括權利要求52的元件。
56.一種用於可變電容測量裝置的元件，包括單塊電極組件，其中該單塊電極組件包括電極部分；以及電極部分具有電極表面。
57.權利要求56的元件，進一步包括位於單塊電極組件內的吸氣外殼；以及包圍吸氣外殼一部分的絕緣材料。
58.一種可變電容測量裝置，其包括權利要求56的元件。
59.一種形成用於可變電容測量裝置的元件的方法，包括將環、電極組件、固態材料、以及絕緣材料的至少一部分放置在模具中，其中該電極組件包括具有第一表面的電極部分；該電極部分具有第一寬度；以及該固態材料具有比第一寬度寬的第二寬度；以及加熱該絕緣材料，其中該固態材料基本上防止絕緣材料接觸電極部分的第一表面。
60.權利要求59的方法，其中加熱在高於絕緣材料的流點的第一溫度的條件下的第一部分期間進行。
61.權利要求60的方法，其中加熱在低於第一溫度的第二溫度下，在第二部分期間進行，以形成絕緣材料內的晶體。
62.權利要求59的方法，其中電極部分具有與第一表面相對的電極表面。
63.權利要求59的方法，其中電極部分具有基本垂直於第一表面的電極表面。
64.一種形成可變電容測量裝置的方法，包括形成權利要求59的元件的方法；連接隔膜到環；連接環到外殼；在加熱絕緣材料之後將吸氣材料插入到電極組件中，其中絕緣材料包圍吸氣材料的一部分；以及電極組件是單塊電極組件；固定吸氣材料以使得它不會從電極組件上落下來；以及在加熱絕緣材料之後激活吸氣材料。
65.一種形成用於可變電容測量裝置的元件的方法，包括在環和電極組件之間放置絕緣材料；以及使絕緣材料結晶以形成接觸環和電極組件的玻璃-陶瓷材料。
66.權利要求65的方法，其中加熱在高於絕緣材料的流點的第一溫度的條件下的第一部分期間進行。
67.權利要求66的方法，其中加熱在低於第一溫度的第二溫度下，在第二部分期間進行，以形成絕緣材料內的晶體。
68.一種形成可變電容測量裝置的方法，包括權利要求65的方法；連接隔膜到環；連接環到外殼；在加熱絕緣材料之後將吸氣材料插入到電極組件中，其中玻璃-陶瓷材料包圍吸氣材料的一部分；固定吸氣材料以使得它不會從電極組件上落下來；以及在使絕緣材料結晶之後激活吸氣材料。
69.一種形成用於可變電容測量裝置的方法，該裝置包括吸氣材料、電極組件、以及絕緣材料，其中該方法包括將吸氣材料放置於電極組件內；以及當吸氣材料的一部分被絕緣材料包圍時激活吸氣材料。
70.權利要求69的方法的方法，進一步包括連接隔膜到環；連接環到外殼；在激活吸氣材料之前固定吸氣材料以使得它不會從電極組件上落下來。
全文摘要
一種可變電容測量裝置能夠包括在多個不同實施例中描述的任何一個或多個功能部件，以實現一種可靠的、小巧的裝置。電容器電極、吸氣外殼、夾緊連接器可以沿一共同軸排列，以減小寬度尺寸而不大幅度增加長度。通過選擇那些熱膨脹係數相互接近的材料，可以減小溫度引起的擾動變化。玻璃－陶瓷材料可用作絕緣體並化學連接到金屬表面以提供真空密封，從而消除對於一個單獨的電極組件內的玻璃密封或槽的需要。此外，單塊電極組件可以代替單個電極組件(用於電穿通)和電極。實施例還包括用於使用和形成該裝置的過程。
文檔編號G01L9/00GK1672024SQ03817613
公開日2005年9月21日 申請日期2003年6月23日 優先權日2002年6月24日
發明者海梅 申請人:米克羅利斯公司