具有实时健康监测和补偿的压力传感器的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请基于下述申请并要求下述申请的优先权：2013年11月5日提交的、题为 "具有实时健康监测和补偿的压力传感器"、号为14/072, 188的美国专利申请；2013年2月 28日提交的、题为"具有集成健康监测的压力传感器"、号为61/770, 817的美国临时专利申 请；和2013年4月30日提交的、题为"具有集成监测的压力传感器"、号为61/817, 724的美 国临时专利申请。这些申请的每一申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本申请涉及压力传感器，包括将柔性膜片暴露于具有待被测量压力的气体或液体 的压力传感器。
【背景技术】
[0004] 使用柔性膜片的压力传感器可以在各种各样的应用中使用。柔性膜片的一侧可以 暴露于具有待被测量压力的气体或液体。另一侧可以与气体或液体隔离，但暴露于密封腔 室。待被测量的压力上的变化可以导致柔性膜片挠曲上的相应变化。这些变化的测量可以 用作压力变化的指示。
[0005] -些压力传感器在可能损坏所述柔性膜片的环境中使用。例如，一些压力传感器 在化学气相沉积（CVD)系统中使用。这些系统可能导致沉积物在柔性膜片上稳定积聚和/ 或由于原子掺杂导致的柔性膜片变化。对柔性膜片的该损坏会不利地影响所进行的压力测 量的精确度。
[0006] 处理该问题的一种方法可以是定期地更换柔性膜片。然而，这可能会导致过早和 过度延迟更换以及在更换过程期间系统的无法使用。
[0007] 另一种方法可以是对柔性膜片进行定期校准测试。然而，同样，该系统可能需要被 离线因此暂时被禁用。
【发明内容】
[0008] 压力传感器可以测量气体或液体压力。腔室可具有接收气体或液体的入口。柔性 膜片可以位于腔室内，所述柔性膜片具有暴露于流动通过入口之后的气体或液体的表面。 压力传感器系统可以感测由气体或液体的压力变化所导致的柔性膜片的变化。压力不敏感 传感器系统可以感测柔性膜片中的不由气体或液体压力变化所导致的变化。所述压力不敏 感传感器系统可以对于柔性膜片中的由气体或液体压力变化所导致的变化不敏感。
[0009] 压力不敏感传感器系统可以包括在柔性膜片上或内的压力不敏感位置处的局部 传感器，所述压力不敏感位置经历变化但并不响应于气体或液体的压力变化。
[0010] 压力不敏感传感器系统可以包括在柔性膜片上或内的不同压力不敏感位置处的 多个局部传感器。根据多个局部传感器的输出，外推处理系统可外推在柔性膜片上或内的 压力不敏感位置处的变化，所述压力不敏感位置经历变化但并不响应于气体或液体的压力 变化。
[0011] 柔性膜片可具有均经历变化、但不响应于气体或液体的压力变化的压力不敏感位 置构成的线。所述多个局部传感器中的至少两个可定位在该线的相反侧上或相同侧上。
[0012] 外推处理系统可根据以下方程式计算在压力不敏感位置处的应力：
[0014] 其中：〇1'和〇2'是在分别受到实质上不同压力Pl和P2时来自多个局部传感器 中的一个的输出；σ/'和σ 2"是在分别受到同样的实质上不同压力Pl和P2时来自多个局 部传感器中的另一个的输出；以及〇1"1^1是在暴露于压力Pl和Ρ2之前被置于柔性膜片上 并且在暴露于压力Pl和Ρ2期间仍保持在柔性膜片上的任何应力。
[0015] 多个局部传感器的不同压力敏感位置可关于所述柔性膜片的表面具有实质上平 面对称性。
[0016] 柔性膜片可以是圆形的，并且压力不敏感位置可位于实质上同心的圆上，所述实 质上同心的圆具有的半径在柔性膜片半径的0. 63加或减0. 2的范围内。
[0017] 压力不敏感传感器系统可包括在暴露或不暴露于气体或液体的柔性膜片表面上 的局部传感器。压力不敏感传感器系统可以替代为嵌入到柔性膜片内的局部传感器。
[0018] 压力不敏感传感器系统可以不包括在柔性膜片上或内的局部传感器。柔性膜片可 以是第一柔性膜片；压力不敏感传感器系统可包括与第一柔性膜片分离的第二柔性膜片； 以及第二柔性膜片可具有在气体或液体流动通过入口之后暴露于所述气体或液体的表面。
[0019] 第二柔性膜片的尺寸、形状和材料组成可与第一柔性膜片实质上相同。第二柔性 膜片的尺寸、形状或材料组成可替代地与第一柔性膜片实质上不同。
[0020] 不响应于气体或液体压力变化的第二柔性膜片上的变化可以以上文结合第一柔 性膜片所述的任何方式来测量。
[0021] 第二柔性膜片可具有在气体或液体流动通过入口之后均暴露于气体或液体的两 个表面。
[0022] 压力传感器系统可包括具有一电容的可变电容器，所述电容响应于气体或液体压 力变化而改变，并且所述柔性膜片可由导电材料制成并且可以是可变电容器的一部分。
[0023] 压力不敏感传感器系统可包括应变计，所述应变计具有响应于气体或液体压力变 化而改变的电阻。
[0024] 压力传感器可包括补偿系统，所述补偿系统基于由压力不敏感传感器系统所感测 到的柔性膜片的变化而补偿由压力传感器系统所进行的测量。
[0025] 压力传感器可包括寿命测量系统，所述寿命测量系统基于由压力不敏感传感器系 统所感测到的柔性膜片的变化而提供指示压力传感器系统的预计剩余寿命的信息。
[0026] 寿命测量系统可包括警告系统，当压力传感器系统的预计剩余寿命等于或超过阈 值时所述警告系统发出警告。
[0027] 从示例性实施例、附图和权利要求书的以下详细描述的审阅，这些以及其它部件、 步骤、特征、目的、益处和优点现在将变得明显。
【附图说明】
[0028] 附图是示例性实施例。附图没有示出所有实施例。其它实施例可另外或替代性地 使用。显而易见或不必要的细节可被省略以节省空间或为了更有效地示出。一些实施例可 用额外的部件或步骤和/或不用所有被示出的部件或步骤来实施。当相同的附图标记出现 在不同的附图中时，所述附图标记指代相同或相似的部件或步骤。
[0029] 图IA示出使用柔性膜片的现有技术压力传感器的横截面视图。图IB示出在现有 技术压力传感器的使用期间在沉积物已被沉积在暴露于气体或液体的柔性膜片表面上之 后的在图IA中所示的一部分柔性膜片的放大横截面视图。
[0030] 图2A是具有压力施加到其上、但没有任何沉积物沉积的柔性膜片的气体或液体 暴露侧和干燥侧上的应力曲线图。图2B是具有各种水平的压力施加到其上、但再次没有任 何沉积物沉积的相同柔性膜片一侧上的应力曲线图。
[0031] 图3A是当没有压力施加到其上、但具有显著沉积物沉积时的相同柔性膜片的气 体或液体暴露侧和干燥侧上的应力曲线图。图3B是当压力施加到其上且具有显著沉积物 沉积时的相同柔性膜片的气体或液体暴露侧和干燥侧上的应力曲线图。
[0032] 图4A和图4B示出两种类型不同的、非均匀的、沉积物沉积图案的示例。
[0033] 图5示出在已经经受两种类型的非均匀沉积物沉积的在各种水平压力下的膜片 的气体暴露侧中各个位置处的压力。
[0034] 图6示出使用柔性膜片和压力不敏感传感器系统的压力传感器示例的横截面视 图，压力不敏感传感器系统包括处于柔性膜片表面上的压力不敏感位置处的应变计（例 如，压阻的或压电的）。
[0035] 图7A-图7D示出处于柔性膜片603上的压力不敏感位置处的应变计的各种位置 和构造以及已经发生的沉积物沉积。
[0036] 图8A示出处于柔性膜片上的压力不敏感位置处的应变计的示例。应变计可包括 四个传感元件。图8B示出可在图8A中所示的多个压阻元件之间进行的电连接的示例。
[0037] 图9A示出使用柔性膜片和压力不敏感传感器系统的压力传感器示例的横截面视 图，压力不敏感传感器系统包括在压力不敏感位置线的相反侧上的压力敏感位置处的膜片 表面上的应变计。图9B和图9C示出应变计的不同压力