一种改进的电容式压力计，所述压力计包括：隔膜，其包括（a）公共电极以及（b）具有中心电极和环形电极的电极结构，其中，所述隔膜在（i）当隔膜每侧上压力相同时的零位置以及（ii）当向隔膜施加最大可测量压力差的最大压力差位置之间可移动，以及支撑结构，设置其以支撑所述隔膜，从而所述隔膜相对于电极结构而受限，并且所述公共电极相对于所述压力计的对准轴而与所述中心和环形电极间隔开并轴向对齐；其中，所述电极结构相对于所述隔膜而固定在围绕对准轴呈角度间隔的三个夹紧位置；以及其中，限定在包含限制隔膜的点和每个夹紧位置点的每个正确平面内相对于处于零位置处的隔膜平面的角度在60°和90°之间，以使得减少电极盘支撑高度的改变，允许在隔膜和电极结构之间具有较小的间隙和提高的稳定性。通过包括具有多个突出部的间隔环以及设置成在每个突出部的位置将所述电极结构夹紧至所述间隔环的夹具，以便限定围绕对准轴的多个等角度间隔的夹紧位置，从而消除偶然间隔器引起的径向剪切力以及可能影响可重复性和稳定性的随后可能粘滞滑动情况的可能性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及一种电容式压力传感器，并且尤其涉及一种改进的传感器，它尤其在极低压力(真空)的情况下提供非常准确和精确的压力测量结果。
技术介绍
已经在大量应用中采用压力换能器。一种这样的换能器是电容式压力计，其提供了对气体、蒸汽或其他流体的压力的准确和精确测量值。应用包括对基于真空的处理以及半导体处理控制的精准控制。实例包括半导体蚀刻处理和物理蒸汽沉积。电容式压力计通常使用(a)形成或包括电极结构的弹性隔膜以及(b)与隔膜间隔开的固定电极结构，以在其间形成电容。在隔膜一侧上的压力相对于隔膜另一侧上压力的改变，使得隔膜弯曲，从而所述隔膜的电极结构和固定的电极结构之间的电容作为这个压力差的函数而改变。通常，在隔膜一侧上的气体或蒸汽处于测得的压力(Ρχ)，而隔膜的相对侧上的气体或蒸汽处于已知的参考压力(Pr)，后者为大气压或一些固定的高或低压(真空)，从而可以确定隔膜的测量侧上的压力作为电容测量值的函数。需要极度低压(高真空)的许多应用已经并且继续发展，而导致需要能够测量这种低压的电容式压力计。然而，增加电容式压力计的灵敏性以在低压时提供非常准确和精确的压力测量值，提出了许多设计挑战。为了测量极度低压(高真空)，电容式压力计需要在所述弹性隔膜和固定的电极结构之间形成非常狭窄的间隙，从而它们检测小的压力改变。使用非常狭窄间隙的缺点是，也检测到与测量隔膜上压力差不相关的电极缝隙形状的较小改变。电极缝隙形状的这些不利改变中的一种是电极间隙间距的改变。虽然在工业中通过使用双电极设计方法而减小电极间隙间距的改变效应是常见的实践，但是对电极间隙间隔的良好控制进一步增强了传感器输出的稳定性。当测量通过使用狭窄的电极间隙而允许的极度低压(极小的隔膜挠曲)时，这尤为重要。电容测量基于平行板电容C的已知公式C = ere0A/s,其中，C是两块平行板之间的电容，e(l是自由空间的介电常数，er是板之间材料的相对介电常数(在真空下，er = I),A是板之间的公共面积，以及S是板之间的间隔。基于该公式，可以获得的关系是电容的分数改变等于每个测量电极的电极间隙间隔的分数改变的负值(AC/C = - AS/S)。那么易于可见的是，维持对电极间隙间隔的良好控制以稳定地控制每个测量电极的电容是关键的。在简单的双电极设计中，对于给定的电测量技术，诸如使用任意数量的常规使用的桥设计和其他电测量方法，在对于平坦隔膜和电极结构的零压力差下(每一个均具有不同的平坦实值以及与真实平面的倾斜偏离度)，可以将这些效应平衡在第一数量级。由于传感器配置以测量极度低压(极小的隔膜挠曲)，仅平衡电极而不形成稳定的电极间隙，不足以将压力测量的不确定性减少至适当的低水平，以便于实现对最小压力的稳定检测。需要一种能够在低压测量时提供改进的电极间隔稳定性控制的电容式压力压力计，以改进在较低压力下的压力计的测量能力。参考美国专利号No. 7757563、7706995、7624643、7451654、7389697、7316163、7284439、7201057、7155803、7137301、7000479、6993973、6909975、6735845、6672171、6568274、6105436、6029525、5965821、5942692、5932332、5911162、5808206、5625152、 4785669 和 4499773 以及美国专利公开申请 No. 20090255342,20070023140,20060070447,20060000289,20050262946 ;20040211262、20040099061，所有文献均转让于本受让人。
技术实现思路
根据所述改进的电容式压力计的一个方面，该压力计包括隔膜，其包括(a)公共电极以及(b)具有中心电极和环形电极的电极结构，其中，所述隔膜在(i)当隔膜每侧上压力相同时的零位置以及(ii)当向所述隔膜施加最大可测量压力差的最大压力差时的位置之间可移动，以及支撑结构，设置所述支撑结构以支撑所述隔膜，从而所述隔膜相对于所述电极结构而受限，并且所述公共电极相对于所述压力计的对准轴而与所述中心和环形电极间隔开并轴向对齐；其中，所述电极结构相对于所述隔膜而固定在围绕所述对准轴呈角度间隔的三个夹紧位置；以及其中，限定在包含限制所述隔膜的点和每个夹紧位置点的每个正确平面内相对于所述零位置处隔膜平面的角度，在60°和90°之间，以使得减少电极盘支撑高度的改变，允许在所述隔膜和电极结构之间具有较小的间隙和提高的稳定性。根据所述改进的电容式压力计的另一方面，该压力计包括隔膜，其包括(a)公共电极以及(b)具有中心电极和环形电极的电极结构，其中，所述隔膜在(i)当所述隔膜每侧上压力相同时的零位置以及(ii)当向所述隔膜施加最大可测量压力差的最大压力差位置之间可移动，以及支撑结构，设置所述支撑结构以支撑所述隔膜，从而所述公共电极相对于所述压力计的对准轴而与所述中心和环形电极间隔开并轴向对齐；间隔环，包括多个突出部；夹具，设置所述夹具以在每个突出部的位置处将所述电极结构夹紧至所述间隔环，以便限定围绕所述对准轴而等角度间隔开的夹紧位置。根据对示意性实施例、附图和权利要求的下列详细描述，这些以及其他部件、步骤、特征、目的、益处和优点将变得清楚。附图说明在附图中图I是传感器的一个实施例沿着传感器的轴的横截面视图，包括本文所述的改进;图2是图I的实施例的一部分的更详细的横截面视图，示出了改进的几何细节；图3是用于示出图I实施例的一些几何特征的几何图；图4是传感器中所使用的间隔器的俯视图；图5是通过传感器的一部分的更详细轴向横截面视图； 图6是图7中详细所示的改进中使用的间隔器的俯视图；以及图7是图I的实施例的一部分的更详细的横截面视图，示出了其他改进的细节。附图公开了示意性实施例。它们并未示出所有实施例。可以另外或代替地使用其他实施例。可以省略可能是明显或并非必须的细节，、以节省空间或用于更有效的示出。相反地，可以实现一些实施例，而不具有公开的所有细节。当在不同附图中出现相同的附图标记时，其指代相同或类似的部件或步骤。具体实施例方式现在讨论说明性实施例。可以另外或代替地使用其他实施例。可以省略可能是明显或并非必须的细节，以节省空间或用于更有效的陈述。相反地，可以实现一些实施例，而不具有公开的所有细节。图I中所示的电容性压力计10包括外壳12，用于支撑固定的电极结构14和弹性隔膜16。外壳12可以包括处理外壳部分18和参考外壳部分20,两个外壳部分由弹性隔膜16分隔。处理外壳部分18包括Px盖22。参考外壳部分20包括环24和Pr盖26。在所不实施例中，参考外壳部分20的环24包括中空腔28，用于以预定的关系接收和支撑固定的电极结构14和弹性隔膜16，从而将它们维持成由预定尺寸的间隙30所分离的稳定间隔关系。如图所示，固定的电极结构14包括由电绝缘材料制成的基底32，诸如陶瓷材料，并且形成为刚性非挠性结构。可以在基底32的外周提供边缘34，用于与提供在外壳12中的间隔环36的肩部相接合，并且使用锁定环38和波状环40而固定在合适的位置。可以使用一个或多个薄间隔器41以将电极间隙间隔便利地设置在预定值。此外，可以本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·D·布兰肯希普，
申请(专利权)人：MKS仪器公司，
类型：发明
国别省市：
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