具有实时健康监测和补偿的压力传感器的制造方法_2

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敏感位置以及所述不同压力敏感位 置可如何具有关于柔性膜片表面的实质上平面对称性。
[0038] 图10是示出在两个不同压力下来自图9所示两个应变计的输出示例和可如何使 用该信息来确定已经被定位在压力不敏感位置处的应变计输出的曲线图。
[0039] 图11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外侧上的压力敏感位置处的膜片表面 上的应变计。
[0040] 图12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由压力不敏感位置线定界的表面内侧上的压力敏感位置 处的膜片表面上的应变计。
[0041] 图13示出压力传感器示例的横截面视图,压力传感器使用具有暴露于具有待被 测量压力的气体或液体的表面的柔性膜片,以及暴露于相同的气体或液体并且因此经历实 质上相同的沉积物沉积和原子掺杂的单独探针。
[0042] 图14是压力传感器示例的框图,压力传感器补偿为压力传感器一部分的膜片状 态的变化。
[0043] 图15是压力传感器示例的框图,压力传感器提供指示压力传感器预计剩余寿命 的信息和/或当所述压力传感器的预计剩余寿命等于或超过阈值时的警告。
【具体实施方式】
[0044] 现在描述示例性实施例。其它实施例可另外或替代性地使用。可能是显而易见或 不必要的细节可被省略以节省空间或更有效地展示。一些实施例可用额外的部件或步骤和 /或不用所有被描述的部件或步骤来实施。
[0045] 图IA示出使用柔性膜片103的现有技术压力传感器101的横截面视图。现有技 术压力传感器101包括具有入口 107的腔室105,所述入口接收在待被测量压力下的气体或 者液体。
[0046] 柔性膜片103具有在气体或液体流动通过入口 107之后暴露于所述气体或液体的 表面109。柔性膜片103具有另一表面111,另一表面111未暴露于气体或液体,而是形成 第二腔室113的壁。也位于第二腔室113内的是具有电连接117的绝缘环形参考电极115 和具有电连接121的绝缘圆形感测电极119。
[0047] 柔性膜片103可由任何材料制成,诸如硅、蓝宝石、陶瓷、不锈钢、和/或镍合金。该 材料可允许膜片103挠曲,但可以不能透过具有待被测量压力的任何气体或液体。柔性膜 片103可为任何形状,诸如圆形、椭圆形、矩形或三角形。柔性膜片103可具有导电表面。
[0048] 在入口 107处的气体或液体压力变化可能导致柔性膜片103挠曲上的变化。参考 电极115、感测电极119、和柔性膜片103可协作以形成电容器,该电容器的电容响应于膜片 103挠曲上的变化而改变。电容上的该变化可通过测量在119和103之间或115和103之 间的电容变化来测量。此外,这两种测量可被差分使用以提高测量精确度。
[0049] 其它装置可被另外或替代地使用,以检测由于气体或液体压力变化所导致的膜片 103挠曲上的变化。例如,一个或多个应变计(例如,压阻的或压电的)可在一个或多个位 置处被安装在膜片103上或内,所述位置对于由在入口 107处的气体或液体压力变化而导 致的膜片103挠曲上的变化敏感。其它技术可另外或替代地使用以检测和测量膜片103挠 曲上的变化,诸如光学和/或超声技术。此外另一种方法可以是通过静电力驱动115和103 或119和103,并且在该驱动工作期间测量膜片的刚度。一种方法可以是通过可变频率正弦 (AC)电压驱动一电极对并且测量另一电极对的电容输出。这可允许测量膜片的共振频率。 共振频率的变化可允许检测膜片刚度的变化。
[0050] 图IB示出在沉积物123已被沉积在现有技术压力传感器101的使用期间暴露于 气体或液体的柔性膜片103的表面109上之后的在图IA中所示的柔性膜片103的一部分 的放大横截面视图。虽然沉积物123被示为是均匀的,但实际上所述沉积物123可以是不 均匀的。例如,相比于靠近中心处,沉积物123可在靠近周边处更厚,或反之亦然。如上文 所解释的那样,柔性膜片103也可或替代地由原子掺杂而损坏。
[0051] 沉积物123的沉积和/或由原子掺杂所导致的变化可以导致膜片103挠曲和/或 可改变膜片103对气体或液体的压力变化的挠曲灵敏度。如上文所解释的那样,对于柔性 膜片的这种损坏会不利地影响由压力传感器101所进行的压力测量的精确度。
[0052] 在柔性膜片103上可存在压力不敏感位置。当沉积物被沉积在柔性膜片103上时 和/或当柔性膜片103由原子掺杂改变时,这些位置可以经历应力变化和/或位移。然而, 这些位置不会仅仅当在入口 107处的气体或液体压力发生变化时经历应力变化和/或位 移。
[0053] 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201和干燥侧203上的应力曲线图。如在该图中所示,尽管压力施加到膜片上,在膜 片上的压力不敏感位置205和207示出在柔性膜片中没有应力。
[0054] 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。轨迹209示出10托、211示出5托、213示出2. 5托、215示出 1托以及217示出0托的施加压力。如在该图中所示,尽管这些各种压力施加到膜片上,膜 片上的压力不敏感位置205和207继续显示在柔性膜片中没有应力。
[0055] 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201和干燥侧203上的应力曲线图。如在该图中所示,膜片上的所有位置 显示大约相同水平的应力。
[0056] 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201和干燥侧203上的应力曲线图。如在该图中所示,膜片上的压力不敏感位置 205和207显示应力,该应力反映通过沉积物沉积所施加的应力。但是也如图2A中所示,即 使当压力施加到膜片上时,这些相同的压力不敏感位置显示没有应力。
[0057] 压力不敏感位置可构成一条位置线。在圆形膜片的情况下,这种压力不敏感位置 的线例如可以构成圆,所述圆与圆形膜片基本上同心,并且具有的半径为圆形膜片半径的 约0. 63加或减0. 2。对于膜片的其它构造而言,压力不敏感位置可类似地界定出一条线,该 线遵循膜片周边的轮廓,但是与膜片周边的轮廓向内间隔开。
[0058] 沉积物沉积跨越膜片的表面可以是不均匀的。例如,所述沉积物沉积可朝向膜片 的外边缘更厚,而朝向中心更薄,或反之亦然。在任意的沉积沉积物非均匀性或原子掺杂非 均匀性的情况下可存在压力敏感位置的轨迹。
[0059] 图4A和图4B示出不同的、非均匀的、沉积物沉积图案的示例。在图4A中,沉积物 沉积的区域覆盖压力不敏感位置的线401。在图4B中,沉积物沉积的区域不覆盖压力不敏 感位置的线401。交叉阴影线示出沉积物沉积。
[0060] 图5示出在已经经受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。对于图4A中所示的非均匀沉积物的沉积而言,轨迹50U502和 503分别示出1托、5托和10托。对于图4B中所示的非均匀沉积物沉积而言,轨迹504、505 和506分别示出1托、5托和10托。然而同样,在膜片上可存在压力不敏感位置,尽管在所 施加的压力上有显著的变化,所述压力不敏感位置显示应力基本上没有变化。
[0061] 测量在这些压力不敏感位置中的一个或多个处发生的变化量因此可指示由沉积 物沉积和/或原子掺杂所导致的对膜片103的损坏量。现在描述用于测量在这种压力敏感 位置处的变化的技术示例。其它技术可以另外或可替代地使用。
[0062] 图6示出使用柔性膜片603和压力不敏感传感器系统的压力传感器601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603的表面607上的压力不敏感位置 处的应变计605(例如,压阻的或压电的)。除了应变计605之外,压力传感器601的所有部 件可与压力
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