DE19648048A1 - Druckdetektorvorrichtung zur Druckmessung, basierend auf gemessenen Kapazitätswerten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Druckdetektorvorrichtung, um einen Druck zu ermitteln, indem eine Verschiebung eines Diaphragmas oder einer Membran gemessen wird, welche sich in Abhängigkeit von dem Druck verändert, und insbesondere bezieht sie sich auf einen Druckdetektor nach dem Kapazitätsprinzip, um den Druck in Übereinstimmung mit der Verschiebung der Membran zu berechnen, die auf Veränderungen in der Kapazität basierend ermittelt wird, wobei die Kapazität zwischen der Membran und einer Elektrode vorhanden ist.

Es ist ein auf dem Kapazitätsprinzip basierender Druckdetektor bekannt (japanische Patentveröffentlichung 06-1228). Die Fig. 1 zeigt eine Druckdetektoreinheit 1 der Druckdetektor­ vorrichtung.

Die Druckdetektoreinheit 1 weist eine Membrane 3 aus Silicium auf, sie weist weiterhin erste leitende Platten 3a und 3b, Isolatorplatten 4a und 4b, Stützteile 5a und 5b, Glasverbindungsteile 6a und 6b und schließlich zweite leitende Platten 7a und 7b auf. Die ersten leitenden Platten 3a und 3b sind einander gegenüber in einem vorbestimmten Abstand d von der Membran 2 im Abstand angeordnet. Die Isolatorplatten 4a und 4b halten die ersten leitenden Platten 3a und 3b und die Stützteile 5a und 5b von den zweiten leitenden Platten 7a und 7b isoliert. Die Membran 2 ist an den Stützteilen 5a und 5b durch die Glasverbindungsteile 6a und 6b befestigt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, durchdringen druckeinführende Rohre 8a und 8b die ersten leitenden Platten 3a und 3b, die isolierenden Platten 4a und 4b und die zweiten leitenden Platten 7a und 7b. Die druckführenden Rohre 8a und 8b führen Drücke P1 und P2 zum Zentrum der Druckmeßeinheit 1. Ein leitender Film 9 ist an der inneren Oberfläche der druckführenden Rohre 8a und 8b vorgesehen. Die zweiten leitenden Platten 7a und 7b sind elektrisch mit den ersten leitenden Platten 3a und 3b durch den leitenden Film 9 verbunden.

Mit dem Aufbau der Druckdetektionseinheit 1 wirken die linken und rechten Teile der Membrane 2 als Kapazitäten mit jeweils den Kapazitätswerten C1 und C2.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Druckdetektors, der durch die Druckdetektoreinheit 1 realisiert worden ist. Inkompressible Flüssigkeit oder ein solches Fluid (ein druckübertragendes Medium), beispielsweise Siliconöl und dergl., wird in Teilen 10 und 11 oder in druckaufnehmenden Kammern 14a und 14b in einem Druckdetektor 12 abgedichtet. In der inkompressiblen Flüssigkeit ist die Druckdetektionseinheit an dem Gehäuse des Körpers an der Seite des druckführenden Rohres 8a befestigt. Wenn Druck durch den Druckdetektor ermittelt wird, wird dieser von den abdichtenden Membranen 13a und 13b zur Membrane 2 durch die inkompressible Flüssigkeit übertragen.

Wenn der Druckdetektor jedoch mit der inkompressiblen Flüssigkeit, beispielsweise einem Siliconöl, wie oben beschrieben, gefüllt worden ist, hängen die Kapazitäten C1 und C2 von der Dielektrizitätskonstanten ab. Falls die Dielektrizitätskonstante sich daher bei einer Veränderung in der Temperatur oder des Druckes ändert, entsteht ein Problem, das zu einem Fehler bei der Messung des Drucks führt.

Ein Verfahren, um den Fehler zu beseitigen, kann darauf basieren, den Druck aus einer Verschiebung Δ der Membrane 2 zu bestimmen, nachdem der Meßwert der Kapazitäten C1 und C2 durch die folgende Gleichung (1) korrigiert worden ist

(C1 - C2)/{(C1 + C2) - 2Ck} = Δ/d (1),

wobei d den Zwischenraum zwischen der Membrane 2 und den ersten leitenden Platten 3a und 3b und Ck die parasitäre Kapazität bezeichnet, die zwischen den leitenden Teilen erzeugt wird, wobei es sich hierbei nicht um die Elektroden handelt.

Die Werte der Kapazitäten C1 und C2 können durch die folgende Gleichung (2) dargestellt werden, wobei S den Bereich der Elektrode, ε die relative Dielektrizitätskonstante des druckleitenden Mediums (Siliconöl) und ε0 die Dielektrizitätskonstante in Vakuum (elektrische Konstante) bezeichnen. Erhält man den Druck durch die oben beschriebene Gleichung (1), so wird derjenige Teil der Gleichung beseitigt, der sich auf die Dielektrizitätskonstante des durchleitenden Mediums bezieht, wodurch auf diese Art und Weise die Veränderung erfolgreich berechnet wird, die durch die Membrane 2 angezeigt wird, ohne daß ein Einfluß der dielektrischen Konstante des druckleitenden Mediums vorhanden ist, welche sich mit der Temperatur oder dem Druck ändert.

C1 = ε0·ε·S/(d - Δ)
C2 = ε0·ε·S/(d + Δ) (2)

Wenn jedoch eine Hochpräzisionsmessung erforderlich ist, treten folgende Probleme auf. Wenn eine Hochdruck gemessen wird, enthält die gesamte Druckmeßeinheit 1 einen Druck und wird nach außen unter Druck gesetzt, so daß der Zwischenraum zwischen der Membran 2 und den ersten leitenden Platten 3a und 3b verringert wird, wodurch sich die Kapazitäten C1 und C2 erhöhen. Die Gleichung (2) kann durch die folgende Gleichung (3) dargestellt werden, wobei ∂ die Veränderung im Abstand oder Zwischenraum wiedergibt.

C1 = ε0·ε·S/(d - Δ - δ)
C2 = ε0·ε·S/(d + Δ - δ) (3)

Entsprechend kann die Gleichung (1) dann durch die Gleichung (4) ersetzt werden und, wobei diese die vom Druck abhängigen Verschiebungen ∂ berücksichtigt.

(C1 - C2)/{(C1 + C2) - 2Ck} = Δ/(d - ∂) (4)

Falls die Temperatur des druckleitenden Mediums sich ändert, verändert sich der Zwischenraum zwischen der Membran 2 und den ersten und zweiten leitenden Platten 3a und 3b und als Folge hiervon verändern sich die Kapazitäten C1 und C2 ebenfalls. Da nicht nur ein kleiner Fehler auftritt, wenn diese Veränderungen stattfinden, wenn der Druck mit einer hohen Präzision zu ermitteln ist, ist ein Temperatursensor oder ein zweiter Drucksensor erforderlich, um die notwendigen Anpassungen durchzuführen. In diesem Fall treten Probleme durch steigende Kosten auf, und zwar mit der zunehmenden Zahl erforderlicher Einrichtungen und Signalverarbeitungs­ stromkreise und dergl.

Ein verhältnismäßig einfacher Drucksensor, um diese Probleme zu lösen, wird in dem Artikel "Smart Pressure Sensors for Industrial Application, SENSORS Juni 1995, S. 32, 33, 48 und 49" beschrieben.

Fig. 3 zeigt den entsprechenden Drucksensor.

Fig. 3 zeigt einen Bezugskondensator 21 und einen Sensor­ kondensator 22. Beide sind auf einem Siliciumsubstrat 23 angeordnet. In dieser Vorrichtung wird der Testdruck an beide Seiten des Bezugskondensators 21 und an die eine Seite des Sensorkondensators 22 angelegt. An der anderen Seite des Sensorkondensators 22 wird ein Bezugsdruck angelegt. Ein Differentialdruck wird erhalten, der auf dem Verhältnis der Kapazität des Bezugskondensators zu der des Sensor­ kondensators 21 bzw. 22 basiert (R = Cr/Cs wobei Dr und Cs jeweils die Kapazitäten des Bezugskondensators 21 und des Sensorkondensators 22 angeben).

Nach der vorgenannten Veröffentlichung wird das Verhältnis R durch die folgende Gleichung (5) berechnet

R = Cr/Cs = (Tb - Ts)/(Tb - Tr) (5),

wobei Ts, Tr und Tb durch die folgende Gleichung (6) bestimmt werden

Ts = (Cs + Cp) Rf
Tr = (Cr + Cp) Rf
Tb = (Cr + Cs + Cp) Rf (6),

wobei Cp die parasitären Kapazitäten bezeichnet, die auf Streukapazitäten beruhen und Rf den Rückkopplungswiderstand eines Transmitters oder Gebers bezeichnet, der beim Messen eingesetzt wird.

Obgleich die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung den Einfluß der parasitären Kapazität Cp ausschalten kann, welche für gewöhnlich sowohl beim Bezugskondensator 21 und beim Sensorkondensator 22 vorhanden ist, besteht ein Problem bei dieser Vorrichtung nämlich dadurch, daß sie nicht den Einfluß der Kapazität und von Cs und Cr selbst auf den Bezugskondensator 21 und den Sensorkondensator 22 kompensieren kann, der durch Veränderungen in der Temperatur und des Drucks bewirkt wird.

Die Veröffentlichung "Silicon Diaphragm Capacitive Vacuum Sensor, K. Hatanaka et al., Technical Digest of the 13^th Sensor Symposium 1995, S. 37-40" beschreibt einen Vakuumsensor, in welchem zwei Drucksensor eingesetzt werden, um in ausreichender Weise einen Meßbereich abzudecken. Bei diesem Beispiel wird die Beziehung zwischen dem an den Sensor angelegten Druck und dem Ausgang des Sensors für jeden der Sensoren analysiert, es wird jedoch nicht die Technologie zur Messung offenbart, die einen großen Bereich mit hoher Präzision überdeckt, indem beide Sensorsignale bei der Druckanalyse kombiniert werden.

Ein Verfahren zur Verarbeitung von Ausgangssignalen von einer Meßzahl von Drucksensoren wird in der japanischen Patentveröffentlichung 7-209 122 beschrieben. Dieses Verfahren verbindet definitiv und aufeinanderfolgend die charakteristischen Kurven der einzelnen Sensoren, in dem eine Gewichtungsfunktion in einem Zwischenbereich eingesetzt wird, in welchem die Druckmeßbereiche der beiden Drucksensoren, die auf unterschiedlichen Meßprinzipien basieren, einander überlappen.

In dem Verfahren, das in dieser Veröffentlichung beschrieben worden ist, kann jedoch die Gewichtungsfunktion lediglich den Ausgang des Sensors bewerten, der eine größere Veränderung anzeigt, wenn die Ausgänge der Sensoren sich unter dem Einfluß einer Störung, beispielsweise einer Veränderung in der Umgebungstemperatur verändern. Als Ergebnis hiervon ist ein Problem entstanden, nämlich daß eine Veränderung im Ausgang auf Grund einer solchen Störung nicht verringert werden kann. Ein ähnliches Problem tritt auf, wenn eine Störgröße den Ausgang von lediglich dem einen Sensor beeinflußt, wodurch die Spezifikation für die Charakteristik des Zwischenbereiches, aber auch die Charakteristik des Sensors selbst beeinflußt wird. Demzufolge kann in der oben beschriebenen Technologie eine Verringerung in der Präzision eines Sensorausganges nicht verhindert werden.

Weiterhin hat die beschriebene Technologie auch noch die folgenden Probleme:
Erstens wenn ein Sensorsignal sich mit der Temperatur beispielsweise ändert, sollte sich die Änderung auf jedes einer Mehrzahl von Sensorsignalen beziehen und Änderungsdaten sollten für jeden Sensor vorbereitet werden, was auf diese Art und Weise zu einer Erhöhung der Kosten führt. Da Verfahren immer unter Einsatz einer Mehrzahl von Sensoren durchgeführt werden, müßten die Ausgänge aller Sensoren immer festgehalten und korrigiert werden. Auf diese Art und Weise wird die Verfahrensgeschwindigkeit herabgesenkt und der Verbrauch an elektrischer Energie wird erhöht. Insbesondere ist eine lange Zeit erforderlich, um sowohl den Gewichtungsvorgang in einem Zwischenbereich als auch die Verarbeitung von veränderten Ausgängen in dem Gewichtungsvorgang durchzuführen, wodurch die gesamte Verfahrensgeschwindigkeit verringert wird und der Verbrauch elektrischer Energie erhöht wird. Wenn weiterhin die Einstellung eines Druckmeßbereiches verändert wird, sollte ein zweckmäßiges Signal aus einer Mehrzahl von Sensoren ausgewählt werden, und die ausgewählten Sensorsignale sollten glatt miteinander verbunden werden. In solchen Fällen wird das Verfahren kompliziert und die gewünschte Präzision kann nicht leicht garantiert werden.

Die Druckmeßvorrichtung stellt eine Veränderung fest, die durch eine Differenz im Druck erzeugt worden ist, der durch eine Membrane durch eine Veränderung in der Kapazität angezeigt wird. Die Probleme mit dieser Vorrichtung beruhen beispielsweise darauf, daß die Transformations­ charakteristiken eines Detektionssignals nicht linear sind, und zwar auf Grund der Streukapazität oder der parasitären Kapazität, die in der Sensoreinheit erzeugt werden, d. h. es tritt ein Meßfehler auf und dergl.

Verfahren zur Lösung dieser Probleme sind in der japanischen Patentveröffentlichung 64-71211 und der japanischen Patentveröffentlichung 4-12813 beschrieben. Nach der ersten Patentveröffentlichung kann der Einfluß der parasitären Kapazität dadurch verringert werden, daß das Verhältnis zwischen beiden Kapazitäten eingesetzt wird. Nach der letztgenannten Veröffentlichung kann der Einfluß der parasitären Kapazität dadurch beseitigt werden, daß eine feste Kapazität eingesetzt wird, die zu der parasitären Kapazität äquivalent ist.

Da die Kapazität jedoch eine Veränderung nach einer quadratischen Kurve im Ansprechen auf den Druck gemäß der ersten Veröffentlichung zeigt, wird ein Korrekturvorgang, beispielsweise ein Linearisierungsvorgang, kompliziert. Als Ergebnis hiervon ist es schwer, Druck mit hoher Präzision festzustellen, wobei der Meßbereich begrenzt ist. Dies ist weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 4A bis 4C beschrieben. Fig. 4A zeigt vereinfacht einen Kondensatorteil und die Fig. 4B und 4C zeigen Kapazitätsverhältnisse über dem Druck.

Wie in Fig. 4A gezeigt, ist in der Vorrichtung, in welcher eine bewegbare Elektrode ELV zwischen zwei festen Elektroden ELF vorgesehen ist, der Widerstand C1 und der Widerstand C2 zwischen den Elektroden einer Anzeige für die Veränderungen, so daß die eine Kapazität sich erhöht, während die andere sich verringert, falls die bewegliche Elektrode ELF sich nach links oder rechts bewegt, wenn eine Veränderung im Druck stattfindet, der auf diese einwirkt. Unter der Annahme, daß d den Abstand zwischen der beweglichen Elektrode ELV und der festen Elektrode ELF bezeichnet, können die Kapzitäten C1 und C2 wie nachfolgend angegeben berechnet werden, wobei die bewegliche Elektrode ELV eine Veränderung in dem Teil (Verschiebung) von Δd anzeigt, so wie dies durch eine unterbrochene Linie in 4A dargestellt ist.

C1 = ε S/(d1 - Δd1)
C2 = ε S/(d2 - Δd2),

wobei ε die Dielektrizitätskonstante des Bereichs zwischen den Elektroden und S die Elektrodenfläche ist.

Nach einem Verfahren, das in der japanischen Patentveröffentlichung 58-21104 beschrieben worden ist, wird eine Veränderung im Teil der beweglichen Elektrode ELV durch die folgende Gleichung berechnet:

(C1 - C2)/(C1 + C2) = Δd1/ d1,

wobei die Verschiebung Δd1 proportional zum Druck ist und daher der Wert von (C1 - C2)/(C1 + C2) sich linear mit dem Druck P wie in Fig. 4B ändert.

In dem Verfahren, welches in der japanischen Patentveröffentlichung 64-71211 beschrieben worden ist, kann das Verhältnis zwischen den Kapazitäten und der Veränderung des Drucks durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:

C1/C2 = (d1 + Dd1)/(d1 - Dd1).

Obwohl die Veränderung Δd1 proportional zum Druck ist, tritt ein Meßfehler auf, weil die Beziehung zwischen dem Kapazitätsverhältnis und dem Druck eine Veränderung in einer quadratischen Kurve zeigt.

Nach der japanischen Patentveröffentlichung 4-12813 verändert sich eine parasitäre Kapazität mit einer Veränderung in der Temperatur, wenn die parasitäre Kapazität ausgelöscht wird, indem eine feste Kapazität eingesetzt wird, die zu der parasitären Kapazität äquivalent ist. Es ist daher schwierig, die parasitäre Kapazität über alle Temperaturbereiche zu eleminieren, indem eine spezielle feste Kapazität eingesetzt wird. Darüber hinaus wird eine Ausgangsspannung V erhalten, die über die folgende Gleichung erhalten werden kann, indem eine Spannungsquelle E eingesetzt wird

V = (C1 - C2)/(C1 + C2)×E.

In diesem Fall kann die Speisespannung E sich ändern und irgendeine Störung auf diese Spannung würde auf das ermittelte Signal einwirken und es instabil machen. Derartige Störungen können in nachteiliger Weise die digitale Signalverarbeitung beeinflussen.

Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und sie bezweckt, eine Druckdetektorvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, Druckmessungen mit hoher Präzision und niedrigen Kosten zu ermöglichen. Die Erfindung will auch einen Druckdetektor schaffen, der in der Lage ist, ein Detektionssignal in einer kurzen Signalverarbeitungszeit leicht zu verarbeiten, wobei ein kleiner Anteil an Energie beim Prozessorstromkreis erforderlich ist. Weiterhin will die vorliegende Erfindung einen Druckdetektor schaffen, welcher eine außergewöhnlich hohe Feststellgenauigkeit aufweist und bei welchem der Einfluß parasitärer Kapazitäten bemerkenswert verringert worden ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckdetektor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wobei es sich bei der Veränderung der Position der Membrane und eine Verschiebung handeln kann. Die vorliegende Erfindung ist dann zunächst einmal durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 charakterisiert. Durch diese Veränderung (absolute Druckänderung), von der im Kennzeichen des Anspruchs 1 gesprochen wird, kann der ermittelte Druck in Abhängigkeit vom Wert des Druckes verändert werden, der an die Druckdetektoreinrichtung angelegt ist, um auf diese Art und Weise die Meßpräzision des Druckdetektors zu verbessern.

Der Druckdetektor kann weiterhin eine Schalteinheit zum Schalten der Verbindungen zwischen der Detektoreinheit und den ersten drei Kondensatoren aufweisen, um selektiv einen Ausgang von den ersten drei Kondensatoren zur Detektionseinheit zu liefern. Durch die Verwendung der Schalteinheit ist es nicht erforderlich, für jeden Kondensator jeweils eine Detektoreinheit vorzusehen, so daß auf diese Art und Weise eine Vorrichtung mit geringen Herstellungskosten realisiert wird.

Der dritte Kondensator weist eine dritte Elektrode auf, welche an dem Isolationssubstrat und an einem leitenden Substrat ausgebildet ist. Ein Vakuum wird im wesentlichen zwischen der dritten Elektrode und dem leitenden Substrat aufrechterhalten. Mit diesem Aufbau kann der dritte Kondensator den Wert des absoluten Druckes (den oben beschriebenen ersten Druck) feststellen, ohne von irgendeinem Einfluß getroffen zu sein, etwa von Änderungen der Dielektrizitätskonstanten eines druckleitenden Mediums infolge Temperatur- und/oder Druckänderungen.

Die Druckdetektorvorrichtung kann weiterhin einen vierten Kondensator aufweisen, dessen Kapazität sich in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur um die Membran herum ändert. Die Arbeitseinheit sieht eine Temperatur­ änderung bzw. einen -ausgleich für den festgestellten Druck vor, der auf der Kapazität des vierten Kondensators basiert. In diesem Falle schaltet die Schalteinheit die Verbindungen zwischen dem ersten bis zum vierten Kondensator und der Detektionseinheit durch, um wahlweise einen Ausgang von dem ersten bis vierten Kondensator zu der Detektionseinheit auszugeben. Der vierte Kondensator kann ein leitendes Substrat und eine dritte Elektrode aufweisen, zwischen welchen ein Isolationssubstrat angeordnet ist. Die Temperaturänderung erlaubt, daß ein ermittelter Druck in Abhängigkeit von der Temperatur des Druckdetektors verändert werden kann, um auf diese Art und Weise die Präzision des Druckdetektors zu verbessern.

Der vierte Kondensator kann ein Paar Elektroden aufweisen, die mit einem dielektrischen Substrat ausgebildet sind, welches sich zwischen diesen Teilen sich befindet. Das Vorsehen des dielektrischen Substrates beispielsweise aus Keramik, deren Dielektrizitätskonstante eine hohe Temperaturabhängigkeit haben, welche zwischen einem Paar der Elektroden des vierten Kondensators vorhanden ist, erlaubt, daß der Temperatureinfluß mit hoher Präzision erfaßt werden kann. Auf diese Art und Weise kann der Druck mit hoher Präzision korrigiert werden.

Der oben beschriebene vierte Kondensator kann durch ein Paar von kammförmigen Elektroden gebildet werden, die in ineinandergreifender Weise zueinander auf einem Substrat angeordnet sind. Der Einsatz des oben beschriebenen vierten Kondensators führt dazu, daß die Vorrichtung leicht und mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.

Die Druckdetektorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann weiterhin einen fünften Kondensator aufweisen, welcher in Sandwich-Art und Weise ein druckleitendes Medium zur Übertragung des ersten Drucks auf die Membrane umgibt. In diesem Fall macht die Arbeitseinheit Änderungen in Abhängigkeit von den Veränderungen in der Dielektrizitätskonstanten des druckleitenden Mediums an dem Druck, der auf der Kapazität des fünften Kondensators basiert. Durch diese Änderungen kann der Einfluß der Dielektrizitätskonstanten auf ein druckleitendes Medium, welches sich mit der Temperatur und dem Druck sich ändert, von einem festgestellten Druck weggenommen werden. Die Druckermittlungspräzision kann als Ergebnis hiervon bemerkenswert verbessert werden. Zu dieser Zeit schaltet die Schalteinheit die Verbindungen zwischen dem ersten bis fünften Kondensator und der Detektionseinheit durch, um selektiv einen der Ausgänge von dem ersten bis fünften Kondensator zur Detektionseinheit zu übertragen.

Der fünfte Kondensator weist die dritte Elektrode auf, die an einem isolierenden Substrat und einem leitenden Substrat ausgebildet ist. Das druckübertragende Medium füllt den Zwischenraum zwischen der dritten Elektrode und dem leitenden Substrat aus. Der fünfte Kondensator kann aus einem Paar von kammförmigen Elektroden hergestellt werden, die in ineinandergreifender Art und Weise zueinander auf einem isolierenden Substrat ausgebildet sind. In diesem Fall füllt das oben beschriebene druckleitende Medium den Zwischenraum zwischen dem Paar von kammförmigen Elektroden aus. Mit diesem Aufbau kann die Vorrichtung leicht mit niedrigen Kosten hergestellt werden.

Der dritte Kondensator kann eine dritte Elektrode aufweisen, die an einem isolierenden Substrat und einem leitenden Substrat ausgebildet ist. Ein Vakuum wird im wesentlichen zwischen der dritten Elektrode und dem leitenden Substrat aufrechterhalten. Derjenige Teil des leitenden Substrates, der dem dritten Kondensator entspricht, wird so gebildet, daß er eine vorbestimmte Dicke über einen Plasma-Ätzvorgang erhält, der an beiden Seiten des leitenden Substrates eingesetzt wird. Als Ergebnis kann das leitende Substrat an demjenigen Teil, der dem dritten Kondensator entspricht, dünn ausgebildet werden. Bei dem Aufbau des oben beschriebenen dritten Kondensators kann die Genauigkeit der Ermittlung des absoluten Druckes verbessert werden und noch genauere Änderungen können an den absoluten Druck angelegt werden.

Ein weiterer Druckdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine erste Membran, die auf den Differentialdruck zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck anspricht, eine erste Elektrode gegenüberliegend der ersten Ebene der Membrane auf, um einen ersten Kondensator zusammen mit der ersten Membrane zu bilden, ferner eine zweite Elektrode, die der zweiten Ebene der ersten Membrane gegenüberliegt, angeordnet ist, um den zweiten Kondensator zusammen mit der ersten Membrane zu schaffen, eine zweite Membrane, die auf dem Differentialdruck zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck anspricht, eine dritte Elektrode, die gegenüberliegend der ersten Ebene der zweiten Membrane angeordnet ist, um den dritten Kondensator zusammen mit der zweiten Membrane zu bilden, eine vierte Elektrode gegenüberliegend der zweiten Ebene der zweiten Membrane, um den vierten Kondensator zusammen mit der zweiten Membrane zu bilden, einen fünften Kondensator, dessen Kapazität sich gemäß dem ersten Druck ändert, eine Feststelleinheit, um die Kapazitäten der ersten bis fünften Kondensatoren zu ermitteln, und eine Verarbeitungseinheit, um den Druck zu erhalten, der an die Membrane angelegt wird, welche auf den Kapazitäten des ersten, zweiten, dritten und vierten Kondensators basiert, und Verändern des erhaltenen Drucks, basierend auf der Kapazität des fünften Kondensators. Die Verwendung von zwei Membranen führt dazu, daß die Druckerfassungswerte verglichen werden und ausgewählt werden, um den Druck mit höherer Präzision zu bestimmen.

Der Druckdetektor kann weiterhin eine Schalteinheit zum Durchschalten der Verbindung zwischen der Detektionseinheit und dem ersten bis fünften Kondensator aufweisen, um ein Ausgangssignal vom ersten bis fünften Kondensator zur Detektionseinheit wahlweise auszugeben. Unter Verwendung der Schalteinheit ist es nicht erforderlich, eine Detektoreinheit für jeden Kondensator vorzusehen, wodurch die Vorrichtung mit niedrigen Kosten realisiert wird.

Der Druckdetektor kann weiterhin einen sechsten Kondensator aufweisen, dessen Kapazität sich in Abhängigkeit von der sich ändernden Temperatur der Umgebung ändert, die die erste und die zweite Membrane umgibt. Die Verarbeitungseinheit kann eine Temperaturänderung für den Druck liefern, der auf der Kapazität des sechsten Kondensators basiert. In diesem Fall schaltet die Schalteinheit die Verbindung zwischen den ersten sechs Kondensatoren und der Detektionseinheit durch, um für die ersten sechs Kondensatoren zu der Detektionseinheit wahlweise ein Signal auszugeben. Die Temperaturänderung erlaubt, einen ermittelten Druck zu verändern, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur der Druckdetektionsvorrichtung, um auf diese Art und Weise die Präzision der Erfassung des Druckes zu verbessern. Der sechste Kondensator kann ein leitendes Substrat und eine fünfte Elektrode aufweisen, zwischen welchen ein isolierendes Substrat angeordnet ist.

Die eine der oben beschriebenen beiden Membrane kann für niedrige Drücke eingesetzt werden, und die andere kann für die höheren Drücke verwendet werden. In diesem Fall wird die erste Membrane dünner als die zweite Membrane ausgeführt. Der Umfangsbereich der ersten Membran kann ansonsten dünner ausgeführt werden als der der zweiten Membran. Unter Verwendung dieser beiden Arten von Membrane wird eine Druckmessung ermöglicht, welche bei hoher Präzision einen weiten Druckbereich überstreicht.

Die oben beschriebene Arbeitseinheit kann einen oder mehrere oder alle Mittelwertbildungseinheiten zwecks Bildung des Mittels umfassen und einen Druckwert ausgeben, der gemäß den Kapazitäten des ersten und zweiten Kondensators berechnet worden ist, und ein Druckwert wird gemäß der Kapazitäten der dritten und vierten Kondensatoren ermittelt, wobei eine Sensorauswahleinheit vorgesehen ist, um einen der Druckwerte auszuwählen und auszugeben, die gemäß den Kapazitäten der ersten und zweiten Kondensatoren ermittelt worden ist, und der Druckwert wird gemäß den Kapazitäten der dritten und vierten Kondensatoren berechnet, und ein zusammengesetztes Signal wird von einer Einheit erzeugt, um durch ein vorbestimmtes Verfahren die Druckwerte zu kombinieren und auszugeben, die gemäß den Kapazitäten der ersten und zweiten Kondensatoren und dem Druckwert gemäß den Kapazitäten der dritten und vierten Kondensatoren berechnet worden ist. An dieser Stelle kann die Verarbeitungseinheit eine Ausgangsverarbeitungsänderungs­ einheit zur wahlweisen Betätigung einer der Mittelwertbildungseinheiten aufweisen und weiterhin kann eine Sensorauswahleinheit und eine Zusammensetzungssigna­ lerzeugungseinheit vorgesehen sein, um ein Ausgangssignal zu erhalten. Auf diese Art und Weise ist eine bessere Druckkompensationsmethode ausgewählt worden, und der Druck kann mit hoher Präzision ermittelt werden.

Die Druckdetektorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann weiterhin einen siebten Kondensator aufweisen, welcher in Sandwich-Art und Weise ein druckleitendes Medium umgibt, um den ersten Druck zu der oben beschriebenen ersten und der zweiten Membran zu übertragen. In diesem Fall macht die Verarbeitungseinheit Änderungen, die von der Veränderung der Dielektrizitätskonstanten des druckleitenden Mediums abhängen, um einen Druck zu erhalten, der auf der Kapazität des siebten Kondensators beruht. Zu diesem Zeitpunkt schaltet die Schalteinheit die Verbindung zwischen dem ersten bis siebten Kondensator und der Detektionseinheit durch, um wahlweise einen der Ausgänge von dem ersten bis zum siebten Kondensator der Detektionseinheit durchzuschalten. Durch diese Veränderungen kann der Einfluß der Dielektrizitätskonstanten des druckleitenden Mediums, welches sich mit der Temperatur und dem Druck ändert, aus dem ermittelten Druckwert herausgehalten werden. Als Ergebnis hiervon kann die Präzision der Ermittlung des Druckes beträchtlich verbessert werden.

Die Detektoreinheit kann eine Kapazitätsumwandlungseinheit aufweisen, um die Kapazität des ersten bis siebten Kondensators in Pulssignale umzuwandeln, wobei ein Zählstromkreis vorgesehen ist, um die Zahl der Impulse der Pulssignale zu ermitteln und gleichfalls die Zeit festzuhalten, an welchen die Pulssignale erzeugt worden sind, und weiterhin kann ein Verarbeitungsstromkreis für die Bestimmung der Kapazität der ersten bis siebten Kondensatoren vorgesehen sein, die auf der Zahl der Impulse der Impulssignale basieren, die durch die Zähleinheit festgestellt worden sind und weiterhin auf der Zeit basieren, zu welcher sie erzeugt worden sind.

Die oben beschriebene Kapazitätsumwandlungseinheit kann einen Schmidt-Triggerstromkreis aufweisen, welcher einen Impuls erzeugt, bevor die Entladespannung des ersten bis siebten Kondensators einen zweiten Schwellwert erreicht, nachdem ein erster Schwellwert überschritten worden ist.

Der oben beschriebene Kapazitätsumwandlungsstromkreis kann ein NAND-Gatter aufweisen, welches bei einem hohen Pegel der Gatterspannung einen Impuls erzeugt bevor die Entladespannung des ersten bis siebten Kondensators einen zweiten Schwellwert nach dem Durchgang eines ersten Schwellwertes erzeugt.

Weiterhin kann die oben beschriebene Kapazitätsumwandlungs­ einheit einen Stromkreis aufweisen, der zwei Widerstände und zwei Wechselrichter aufweist, um einen Impuls zu erzeugen, bevor die Entladespannung des ersten bis siebten Kondensators einen zweiten Schwellwert nach dem Durchgang eines ersten Schwellwertes erreicht.

Die Kapazität kann mit hoher Präzision dadurch festgestellt werden, daß die Kapazität eines Kondensators, wie oben beschrieben, unter Verwendung eines Impulssignals ermittelt wird, welches durch Laden und Entladen eines Kondensators erhalten wird. Der Verbrauch an elektrischer Energie bei der Vorrichtung kann auf einen geringen Wert abgesenkt werden, indem die Zeit zur Erzeugung eines Impulssignals begrenzt wird.

Die oben beschriebene Kapzitätsumwandlungseinheit kann außerdem einen Stromkreis enthalten, welcher zwei Schalter aufweist, welche durch eine Konstantstromquelle und ein Gatter miteinander verbunden sind, um einen Impuls zu erzeugen, bevor die Entladespannung des ersten bis siebten Kondensators einen zweiten Schwellwert nach dem Durchgang eines ersten Schwellwertes erreicht. Mit diesem Aufbau zeigt die Eingangsspannung des Gatters eine Wellenform mit einem steilen Anstieg, um die Schwellwertspannung herum, wodurch die Einflüsse von Störungen beträchtlich verringert werden.

Die oben beschriebene Kapazitätsumwandlungseinheit kann durch einen Stromkreis gebildet werden, der einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand und drei Wechselrichter aufweist, die parallel zu dem ersten Widerstand geschaltet sind. Die Kapazitätsumwandlungseinheit kann durch einen Stromkreis gebildet werden, der einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand und ein NAND-Gatter aufweist, und bei welchem zwei Wechselrichter parallel zum ersten Widerstand geschaltet sind. Weiterhin kann die Kapazitätsumwandlungseinheit durch einen Reihenstromkreis gebildet werden, der aus zwei Schaltern besteht, die an eine Konstantstromquelle angeschlossen sind, und weiterhin einen Widerstand und drei Wechselrichter aufweist. Bei diesem Aufbau kann die Veränderung der Lade- bzw. Entladungsspannung des Kondensators erhöht werden. Daher kann die Oszillationsfrequenz eines Impulses verringert werden und der Energieverbrauch kann auf diese Art und Weise verringert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Druckdetektoreinheit eines Druckdetektors, dessen Wirkungsweise auf der Kapazität basiert.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht des in Fig. 1 Druckdetektors

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht des bekannten Drucksensors.

Die Fig. 4A bis 4C zeigen ein Ersatzschaltdiagramm und die Abhängigkeiten von Kapazitätsverhältnissen vom Druck.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform des Druckdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher auf der Ermittlung der Kapazität basiert.

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau des Druckdetektors gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines Druckdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 8, 8A und 8B zeigen eine Draufsicht und einen Querschnitt der zweiten Ausführungsform der Temperatur­ detektoreinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht, die die dritte Ausführungsform des Druckdetektors gemäß der Erfindung zeigt.

Die Fig. 10A und 10B sind eine Drauf- bzw. eine Querschnittsansicht des zweiten Ausführungsbeispiels für die Einheit zur Ermittlung der Dielektrizitätskonstanten gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht durch die vierte Ausführungsform des Druckdetektors gemäß der Erfindung.

Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht, die die fünfte Ausführungsform des Druckdetektors gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau des Druckdetektors gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.

Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau des Arbeitsstromkreises des Druckdetektors gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 15 ist eine Darstellung des Sensorausganges bzw. Sensorausgangssignals vom Druck P.

Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau der Mittelwertbildungseinheit des Arbeitsstromkreises gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 17 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen dem Sensorausgang und dem Druck und dient der Erläuterung des Mittelwertbildungsprozesses gemäß der Erfindung.

Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau der Sensorauswahleinheit des Arbeitsstromkreises gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 19 ist eine schaubildliche Darstellung, welche den Signalausgang in Abhängigkeit vom Druck zeigt und dient der Erläuterung der Verhältnisse des Signalausgangs durch die Sensorauswahleinheit.

Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau der Einheit zur Erzeugung eines zusammengesetzten Signals des Arbeitsstromkreises der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 21 ist eine graphische Darstellung des Ausgangssignals in Abhängigkeit vom Druck und dient der Erläuterung der Verhältnisse im Zusammenhang mit dem Signalausgang, welches durch die Einheit zur Erzeugung eines zusammengesetzten Signals zeigt.

Fig. 22A und 22B sind graphische Darstellungen, die die anfängliche Korrektur in Abhängigkeit vom Druck zeigen.

Fig. 23A und 23B sind Darstellungen, die die Einstellung eines Bereiches und eine externe Justierung darstellen.

Fig. 24 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines Ausgangsänderungsstromkreises des Arbeitsstromkreises gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 25 ist eine Querschnittsansicht durch die sechste Ausführungsform des Druckdetektors gemäß der Erfindung.

Fig. 26 ist ein Blockdiagramm, welche den Aufbau der Druckdetektorvorrichtung gem. einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 27 ist ein Blockdiagramm, welches das Signalübertragungssystem des Druckdetektors gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 28 zeigt Signalwellenform, die durch den Druckdetektor gemäß der Erfindung erzeugt werden.

Fig. 29 ist ein Blockdiagramm, welches das zweite Beispiel des Aufbaus des Druckdetektors gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 30 ist ein Blockdiagramm, das das dritte Beispiel des Aufbaus des Druckdetektors nach der sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 31 ist ein Blockdiagramm, das das vierte Beispiel des Aufbaus des Druckdetektors entsprechend einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 32 ist ein Blockdiagramm, welches das fünfte Beispiel des Aufbaus der sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 33 ist ein Blockdiagramm, welches das sechste Beispiel des Aufbaus des Druckdetektors nach dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Fig. 34 ist ein Blockdiagramm, das das siebte Beispiel des Aufbaus des Druckdetektors gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, welches die erste Ausführungsform des Druckdetektors (Sensors) des Druckdetektors gemäß der Erfindung zeigt, dessen Arbeitsweise auf der Kapazität basiert.

Eine Druckdetektoreinheit 30 wird anstelle beispielsweise der Druckdetektoreinheit 101 in dem Druckdetektor 12 verwendet, der in Fig. 2 gezeigt wurde. In diesem Fall kann der in Fig. 2 gezeigte Druckdetektor die Druckdetektorvorrichtung gemäß der Erfindung darstellen.

Wie in Fig. 5 gezeigt, weist die Druckdetektoreinheit 30 ein Siliciumsubstrat 31 und isolierende Substrate 35a und 35b, zwischen welchen sich das Siliconsubstrat 31 befindet, auf. Eine Membrane 32 ist in der Mitte des Siliciumsubstrats 31 vorzugsweise durch ein Plasmasprühverfahren oder dergl. an beiden Seiten des Siliciumsubstrats aufgebracht worden. Die Membran 32 weist einen flachen Teil 33 auf, welcher als flacher und dünnerer Teil, als derjenige des Silikonsubstrats 31 ausgebildet ist, und ein dünner Teil 34 ist als dünner kreisförmiger Bereich ausgebildet, der den flachen Bereich 33 umgibt. Die isolierenden Substrate 35a und 35b sind aus isolierendem Material hergestellt und haben einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen gleich dem des Siliciumsubstrates 31 ist. Beispielsweise kann das Material durch ein Pyrexglas gehaltert werden und kann luftdicht mit dem Umfang des Siliciumsubstrates 31 durch eine elektrostatische Wirkung verbunden werden. Auf diese Art und Weise werden Zwischenräume 36a und 36b zu beiden Seiten der Membran 32 gebildet.

Feste Elektroden 37a und 37b sind an demjenigen Teil ausgebildet, der dem flachen Bereich der Membrane 32 der isolierenden Substrate 35a und 35b entspricht, indem zwei Schichten aus Cr und Au mit Hilfe des Spatter-Verfahrens aufgebracht werden, wobei dieses Verfahren hier nur beispielsweise genannt worden ist. Die Kondensatoren C1 und C2, (deren Kapazitäten ebenfalls durch C1 und C2 dargestellt werden), sind zwischen den isolierenden Substraten 35a und 35b und der Membran 32 ausgebildet. Unter Druck stehende Öffnungen 38a und 38b verbinden die Räume 36a und 36b zu einem äußeren Bereich. Elektroden 39a und 39b sind um die unter Druck stehenden Öffnungen 38a und 38b herum ausgebildet, und zwar beispielsweise durch das Spatter-Verfahren, und zwar sowohl von der Innenseite als auch zur Außenseite der Drucköffnungen 38a und 38b der isolierenden Substrate 35a und 35b, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Elektroden 39a und 39b werden elektrisch mit den festen Elektroden 37a und 37b verbunden.

Die Druckdetektoreinheit 30 wird weiterhin mit einer Einheit zur Feststellung des absoluten Drucks und einer Temperatur­ detektoreinheit 46 ausgebildet. Die Detektoreinheit 40 für den absoluten Druck ist mit einem Zwischenraum 41 ausgebildet (einem Vakuumzwischenraum), welcher durch Verarbeiten des Siliconsubstrates beispielsweise durch Plasma-Etching, und zwar auf eine Tiefe, die dem flachen Bereich 33 der Membran 43 entspricht. Die Elektrode 42 ist mit einem isolierenden Substrat 35a zur Seite des Zwischenraums 41 ausgebildet, wie in Fig. 5 gezeigt, und eine leitende Elektrode ist innenseitig an der Öffnung 53 ausgebildet, die in dem isolierenden Substrat 35a vorgesehen ist, um den Raum 41 mit dem Außenbereich zu verbinden, und weiterhin ist die Elektrode 44 außerhalb des isolierenden Substrates 35a ausgebildet, die die Öffnung 43 umgibt. Die Elektrode 44 ist elektrisch an eine Elektrode 43 angeschlossen, und ein Kondensator C3 ist zwischen der Elektrode 42 und dem Siliconsubstrat 31 gebildet. Ein isolierendes Substrat 45 ist mit der Elektrode 44 mit Hilfe des Diffusionsverbindungsverfahrens, statischer Bindung und dergl. in einer Vakuumatmosphäre verbunden, um das Vakuum innerhalb des Raumes 41 zu halten. Das isolierende Substrat 45 ist nicht auf ein isolierendes Material beschränkt.

Die Temperaturdetektoreinheit 46 weist eine Elektrode 47 auf, die an der Außenfläche des isolierenden Substrates 35a ausgebildet ist. Ein Kondensator C4 ist zwischen der Elektrode 47 und dem Siliconsubstrat ausgebildet, wobei das isolierende Substrat 35a zwischen diesen Teilen angeordnet ist.

Eine Basis 48 ist vorgesehen, um die c30 (die Druckdetektoreinheit 1 entspricht der Druckdetektorheit 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform), mit dessen Körper beispielsweise zu verbinden, die Druckdetektoreinheit 12 ist in Fig. 12 gezeigt. Eine isolierende Platte 49 isoliert die Elektrode 39b gegenüber der Basis 48. Die Elektrode 39b ist an die isolierende Platte 49 angeschlossen, und die isolierende Platte 49 ist an die Basis 48 in einer bekannten Methode angeschlossen. Eine Öffnung 50 ist vorgesehen, um das Siliciumsubstrat 31 zu erden. Eine Elektrode 51 wird nach dem Spatter-Verfahren beispielsweise an der Innenseite der Öffnung 50 derartig hergestellt, daß die Elektrode 51 mit dem Siliciumsubstrat 31, wie in Fig. 5 gezeigt, verbunden wird. Auf diese Art und Weise ist das Siliciumsubstrat 31 mit Erde verbunden.

Bei der Druckmessung werden die Drücke P1 und P2 von beiden Seiten (oben und unten) an die Druckdetektoreinheit 30 angelegt. Die Höhen der Drücke P1 und P2 können beliebig sein, für die nachfolgende Beschreibung wird als Beispiel angenommen, daß P2 größer als P1 ist.

Wenn die Drücke P1 und P2 an beiden Seiten der Druckdetektoreinheit 30 angelegt werden und P2 größer als P1 ist, bewegt der Differentialdruck die Membran 32 in der Richtung des in der Mitte der Fig. 5 gezeigten Pfeiles. Die Bewegung der Membrane 32 wird berechnet, indem die Kapazitäten C1 und C2 der Kondensatoren C1 und C2 ermittelt werden, und die Resultate nach der oben genannten Gleichung (1) verrechnet werden. Durch diesen Arbeitsvorgang können die Verschiebung und der Differentialdruck ohne irgendeinen Einfluß durch Veränderungen der Temperatur und des Druckes auf die Dielektrizitätskonstante des druckleitenden Mediums ermittelt werden, welches in die Druckdetektoreinheit 30 unter Einschluß der druckführenden Öffnung 10, wie oben beschrieben, eingefüllt worden ist. Wenn Druck anliegt, wird derjenige Teil, der Teil der Seite des Zwischenraums 41 (des Vakuumraums) des isolierenden Substrates 35a bildet, durch den Druck P2 verformt und die Kapazität C3 des Kondensators wird entsprechend verändert. Entsprechend wird ein Signal, welches dem absoluten Wert des Druckes (P2) von dem Kondensator C3 erhalten. Diesem Signal entsprechend wird der absolute Druck des Detektionssignals verändert. Als Ergebnis hiervon kann eine genauere Messung durchgeführt werden, indem der Einfluß der Deformation auf eine Vorrichtung durch den Druck festgehalten wird.

Obgleich der Raum 41 durch thermische Expansion des Siliciumsubstrates 31 mit Temperaturveränderungen in der Vorrichtung verändert werden kann, kann die Druckempfindlichkeit des Kondensators C3 ausreichend verbessert werden, indem die Abmessungen des Raumes 41 und des isolierenden Substrates 35a in genauester Weise eingestellt werden. Daher kann der absolute Druck mit hoher Präzision ohne einen Einfluß auf Temperaturveränderungen detektiert werden.

Weiterhin verändern Temperaturveränderungen der Vorrichtung ebenfalls die Dielektrizitätskonstante des isolierenden Substrates 35a. Da das Material des isolierenden Substrates beispielsweise aus Pyrexglas oder dergl. Besteht, erhöht sich normalerweise die Dielektrizitätskonstante in einem Verhältnis zu der steigenden Temperatur, wobei sich die Kapazität C4 des Kondensators C4 entsprechend verändert. Die Messung der Veränderung der Kapazität C4 legt daher die Temperaturveränderung der Vorrichtung fest, wodurch eine Temperaturveränderung des Druckes realisiert werden kann.

Das isolierende Substrat 35a kann zusammengedrückt werden und durch den Druck dünner werden, jedoch hat dies nur einen kleinen Einfluß auf die Kapazität und kann daher vernachlässigt werden. Obgleich die Kapazität C4 durch eine Veränderung der Öl-Dielektrizitätskonstanten beeinflußt wird, wegen des Vorhandenseins elektrischer Feldlinien, die in den Bereich austreten, der das druckführende Medium umgibt, kann das Problem durch Einstellen der Elektrode 47 in einem ausreichend großen Abstand vom Ende des isolierenden Substrates 35a gelöst werden. Auf diese Art und Weise kann der Einfluß der Druckveränderungen auf die Kapazität C4 bemerkenswert reduziert werden, wodurch eine genaue Temperaturveränderungsmessung erhalten wird.

Fig. 6 zeigt den Aufbau eines Druckdetektors 50 gemäß der Erfindung.

Der Druckdetektor 50 weist einen Detektorstromkreis 52, einen Schaltstromkreis 53 und einen Arbeitsstromkreis 54 auf. C1 bis Cn zeigen in Fig. 6 die Kondensatoren der Druckdetektoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Detektorstromkreis 53 stellt die Kapazitäten der Kondensatoren C1 bis C4 fest. Der Schaltstromkreis 53 schaltet Signale von den Kondensatoren C1 bis C4 durch und überträgt sie auf den Detektorstromkreis 52. Der Arbeitsstromkreis 54 berechnet den Differentialdruck zwischen den Drücken P1 und P2, und zwar basierend auf der festgestellten Kapazität der Kondensatoren C1 und C2 und führt einen vorbestimmten Korrekturvorgang durch, der auf der festgestellten Kapazität der Kondensatoren C3 und C4 basiert. Auf diese Art und Weise kann eine Druckanpassung und eine Temperaturanpassung für den erhaltenen Differentialdruck erfolgsversprechend durchgeführt werden.

Durch die Verwendung des Schaltstromkreises 53 kann die Vorrichtung mit niedrigen Kosten hergestellt werden, ohne daß in separater Weise ein Detektorstromkreis und ein Arbeitsstromkreis für jeden Kondensator zur Verfügung gestellt werden muß. Nach Fig. 5 kann eine Mehrzahl von Membranen oder Differentialdruckdetektoreinheiten vorgesehen sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von Druckdetektoreinheiten vorgesehen werden. Als Ergebnis hiervon kann die Differential­ druckempfindlichkeit weiterhin verbessert werden und eine Mehrzahl von Differentialdrücken kann gleichzeitig detektiert werden. In diesem Fall werden zusätzliche Ausgangssignale der Kondensatoren C5 bis Cn durch die Schalteinheit 53 durchgeschaltet und zur Detektoreinheit 53 und zum Arbeitsstromkreis 54 übertragen, wobei auf diese Art und Weise die Kosten der Vorrichtung niedrig gehalten werden.

Fig. 7 zeigt die zweite Ausführungsform der Druck­ detektoreinheit der Druckdetektorvorrichtung gemäß der Erfindung. Die Druckdetektoreinheit 30′ ist in Fig. 7 zu erkennen, die in Fig. 5 verwendeten Einheiten tragen ansonsten die gleichen Bezugszeichen, so daß eine detaillierte Beschreibung hier weggelassen werden kann.

Die Druckdetektoreinheit 30′ unterscheidet sich von derjenigen, die in Fig. 5 gezeigt ist, dadurch, daß die Temperaturdetektoreinheit 46 durch eine Temperaturdetektor­ einheit 46′ ersetzt worden ist. Die Temperaturdetektoreinheit 46′ weist das dielektrische Substrat 55 außerhalb (oberhalb) des isolierenden Substrates 35a auf und Elektroden 56a und 56b umgeben in Sandwichweise ein dielektrisches Substrat 55 zwischen sich selbst. Das dielektrische Substrat 55 und die Elektroden 56a und 56b bilden einen Kondensator C4′. Die Elektrode 56a ist an Erde über eine Verbindung 57a gelegt, welche an dem isolierenden Substrat 35a ausgebildet ist. Die Elektrode 56b ist an den Schaltstromkreis 53 durch eine Verbindung 57b verbunden, welche an dem isolierenden Substrat 35a ausgebildet ist. Es ist erwünscht, daß das dielektrische Substrat 55 beispielsweise aus Keramiken oder dergl. Besteht, welche eine große Dielektrizitätskonstante haben und eine große Temperaturabhängigkeit zeigen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Material des Kondensates C4′ nicht auf dasjenige der Membran beschränkt (Silicium nach einer ersten Ausführungsform), wodurch in erfolgreicher Weise eine größere Kapazität und eine bessere Temperaturempfindlichkeit erreicht werden. Der Kondensator C4′ kann an dem isolierenden Substrat 35b ausgebildet sein.

Die Fig. 8A und 8B zeigen eine Drauf- bzw. eine Seitenansicht, die eine weitere Ausführungsform der Temperatur der Detektoreinheit 46′ zeigt.

Die Temperaturdetektoreinheit 46′′ unterscheidet sich von dem Temperaturdetektor 46′, die in Fig. 7 gezeigt ist, und zwar insofern, als die Elektrode des Kondensators C4′ lediglich an der einen Seite des dielektrischen Substrates 55 als ein Paar von kammförmigen Elektroden 58a und 58b ausgebildete ist. Die Elektroden 58a und 58b sind an eine Leitung 57a bzw. 57b angeschlossen. Nach diesem Beispiel ist, da lediglich ein kleiner Bereich der Elektrode des Kondensators mit dem unter Druck stehenden Medium in Kontakt kommt, der Einfluß einer Veränderung der dielektrischen Konstante des Druckmediums sehr gering und die Präzision der Temperatureinstellung kann verbessert werden. Da die Elektrode weiterhin leicht hergestellt und zusammengesetzt werden kann, verringern sich dadurch die Kosten. Der Temperaturdetektor 46′′ kann auch an dem isolierenden Substrat 35b, wie in Fig. 7 gezeigt, befestigt werden.

Fig. 9 zeigt die dritte Ausführungsform der Druckdetektor­ einheit der Druckdetektorvorrichtung gemäß der Erfindung. Von der Druckdetektoreinheit 30′′ tragen diejenigen Teile, die auch in Fig. 5 gezeigt sind, die gleichen Bezugszahlen und detaillierte Beschreibungen sind daher weggelassen worden.

Die Druckdetektoreinheit 30′′ ist unterschiedlich von der, die in Fig. 5 gezeigt ist, und zwar insofern, als die Detektoreinheit 60 für die Dielektrizitätskonstante die Temperaturdetektoreinheit 46 ersetzt. Die Einheit 60 ist in einem Raum 59 vorgesehen, der durch Verarbeiten eines Silikonsubstrates 31, beispielsweise durch Plasma-Etching, dieses Substrat in eine Tiefe, die der des flachen Teils 33 der Membran 32 entspricht, hergestellt worden. Eine Dielektrode 62 ist an dem isolierenden Substrat 35a dem Siliciumsubstrat 31 gegenüberliegend im Raum 59 vorgesehen. Eine Öffnung 61 ist in dem isolierenden Substrat 35a ausgebildet, um den Raum 59 mit der Umgebung zu verbinden. Eine an der Innenseite der Öffnung 61 ausgebildete Elektrode verbindet die Elektrode 62 mit einer Elektrode 63, die an der Außenseite des isolierenden Substrats 35a ausgebildet ist. Auf Grund dieses Aufbaus wird ein Kondensator C5 gebildet zwischen dem Siliciumsubstrat 31 und der Elektrode 62.

Da das Druckmedium in den Raum 59 geführt wird, werden die isolierenden Substrate 35a und 35b des Siliciumsubstrats 31 nicht verformt, und zwar selbst dann, wenn Druck um dem Raum 59 herum angelegt wird und sich dieser ändert. Die Kapazität C5 des Kondensators C5 hängt daher von der Dielektrizitätskonstanten des Druckmediums zwischen den Elektroden ab. Die Dielektrizitätskonstante des Druckmediums kann daher mit sich verändernden Temperaturen oder Drücken durch den Kondensator C5 erfaßt werden. Die Kapazität C5 kann sich auch mit der Deformation ändern, die durch eine hohe Druckkraft oder eine Expansion oder eine Zusammenziehung durch eine Temperaturveränderung bewirkt wird. Jedoch kann diese Deformation vernachlässigt werden, weil sie wesentlich kleiner ist als das Druckmedium.

Andererseits, da die Kapazität C3 nicht von der Temperatur abhängt sondern lediglich vom Druck, können die von der Temperatur abhängenden Charakteristiken nur durch Operationen erhalten werden, die auf der Basis beider Kapazitäten C3 und C5 durchgeführt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Temperatur nicht direkt festgestellt, wie dies bei der ersten Ausführungsform der Fall war, sondern die Temperatur wird durch diejenige Operation erhalten, die unter Verwendung der Kapazitäten C3 und C5 durchgeführt wird. Die Funktion, die die Beziehung zwischen der Kapazität und der Temperatur anzeigt, hängt von den Charakteristiken des Druckmediums ab. Die Temperaturabhängigkeit der Kapazitäten C1 und C2, um ein Differentialdrucksignal zu erhalten, ist daher die gleiche, wie die Temperaturabhängigkeit der Kapazität C5. Die Dielektrizitätskonstante des Siliconöls, welches als Druckmittel verwendet wird, zeigt eine nicht-linerare Charakteristik, d. h. je niedriger die Temperatur, desto höher wird das Veränderungsverhältnis. Nach der ersten und der zweiten Ausführungsform welche ein dielektrisches Medium in einem Kondensator verwenden, ist andererseits gegeben, daß, je niedriger die Temperatur, desto kleiner wird die Veränderung der Dielektrizitätskonstanten. Als Ergebnis hiervon ist die Präzision der Temperaturermittlung bei niedrigen Temperaturen geringer. Gemäß der dritten Ausführungsform jedoch, ist die Präzision bei der Druckermittlung nicht von der Temperatur abhängig, weil ein Druckmedium zwischen den Kondensatoren verwendet wird.

Die Fig. 10A und 10B sind eine Drauf- und eine Seitenansicht, die ein weiteres Beispiel der Einheit 60 zur Ermittlung der Dielektrizitätskonstanten zeigen.

Die DK-Detektoreinheit 60′ ist unter Verwendung von kammförmigen ungleichen Teilen 64 ausgebildet, welche beispielsweise durch Etching oder dergl. Der äußeren Fläche des isolierenden Substrats 35a erzeugt wird. Die Elektroden 65a und 65b sind in der Form eines Kammes in den ungradzahligen Teil 64 ausgebildet. Diese beiden Elektroden bilden eine Kapazität C5′. Der Zwischenraum zwischen den Elektroden 65a und 65b ist sehr klein bemessen und eine Nut (ein konkaver Teil) zwischen ihnen ist mit einem druckleitenden Medium ausgefüllt. Die Kapazität des Kondensators C5′ wird daher durch die Dielektrizitätskonstante des Druckmediums bestimmt. Da die Elektrizitäts-Fest­ stelleinheit 60′ lediglich durch Verarbeiten der Oberfläche des isolierenden Substrats 35a hergestellt werden kann, kann sie auf einfache Weise bei niedrigen Kosten erstellt werden.

Fig. 11 zeigt die vierte Ausführungsform der Druckdetektor­ einheit der Druckdetektorvorrichtung gemäß der Erfindung. In der Druckdetektoreinheit 30A tragen diejenigen Einheiten, die schon in Fig. 5 bezeichnet worden sind, die gleichen Bezugszeichen und eine detaillierte Beschreibung ist daher hier weggelassen worden. In der Druckdetektoreinheit 30A ist membranförmiger Teil 66, wie beispielsweise in Fig. 11 gezeigt, beispielsweise durch Plasma-Etching oder dergl. des Silikonsubstrates 31 hergestellt worden, um als Absolutdruck­ detektoreinheit 40 zu dienen. In diesem Fall ist das Siliciumsubstrat 31 in komplizierten Arbeitsstufen bearbeitet worden. Da die Membran aus mechanischstarkem Silicium gebildet ist, kann sie jedoch leicht hergestellt werden im Vergleich mit Membranen, die aus dem isolierenden Material 35a gebildet werden, wie in Fig. 5 und 9 gezeigt und die Betriebszuverlässigkeit hinsichtlich der Festigkeit der Vorrichtung wird dadurch verbessert.

In den in den Fig. 5 bis 10B gezeigten Einheiten für die Ermittlung der Temperatur und der Dielektrizitätskonstanten sind auch auf die Druckdetektoreinheit 30A anwendbar.

Fig. 12 zeigt die fünfte Ausführungsform der Druckdetektoreinheit der Druckdetektorvorrichtung gemäß der Erfindung.

Zwei Membrane 103 und 106 sind in einer Druckdetektoreinheit 101 an einem Siliciumsubstrat 102 beispielsweise durch Plasma-Etching beider Seiten des Siliciumsubstrats 102 ausgebildet. Die Membrane 103 und 106 haben an ihren Mittelteilen jeweils flache Teile 104 und 107 mit leicht dünnerer Wanddicke als die des Siliciumsubstrats 102 und haben dünne Bereiche 105 bzw. 108, die kreisförmig an ihren Umfängen ausgebildet sind. Wenn die Membran 103 für niedrigen Druck eingesetzt wird und die Membran 106 für hohe Drücke, wird der dümmere Teil 105 dünner als der dünnere Teil 108 ausgeführt. Die dünneren Teile sind so dimensioniert, daß sie eine optimale Dicke haben, die von dem anwendbaren Druckbereich abhängt. Isolierende Substrate 109a und 109b sind aus isolierendem Material hergestellt worden und haben einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der gleich dem des Siliciumsubstrats 102 ist, beispielsweise wie Pyrexglas und dergl. Sie sind zu beiden Seiten des Siliciumsubstrates 102 durch statische Verbindungsverfahren beispielsweise so verbunden, daß die miteinander verbundenen Teile eng miteinander verbunden sind. Als Ergebnis hiervon werden Zwischenräume 110a und 110b und Zwischenräume 114a und 114b zu beiden Seiten dem Membrane 103 bzw. 106 gebildet.

Feste Elektroden 112a und 112b sind an gegenüberliegenden Seiten des flachen Teils 104 der Membran 103 an den isolierenden Substraten 109a und 109b durch Aufbringen von Schichten aus Cr und Au nach der Spatter-Methode beispielsweise aufgebracht, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist in entsprechender Weise sind Elektroden 116a und 116b gegenüberliegend dem flachen Teil 107 der Membran 106 an den isolierenden Substraten 109a und 109b ausgebildet. Demzufolge wird ein Kondensator zwischen jeder festen Elektrode und der Membran ausgebildet. Kondensatoren und Kapazitäten C10 und C20 zwischen der Membran 103 und den festen Elektroden 112a und 112b sind dort vorhanden. Kondensatoren und Kapazitäten C30 und C40 befindet sich zwischen der Membran 106 und den festen Elektroden 116a und 116b. Die Kondensatoren C10, C20, C30 und C40 wirken als Drucksensoren L und H (vergl. Fig. 13).

Druckführende Öffnungen 111a und 111b, 115a und 115b verbinden die Räume 110a und 110b und die Räume 114a und 114b mit äußeren Bereichen und leiten die äußeren Drücke P1 und P2 zu den Membranen. Die Elektroden 113a, 113b, 117a und 117b sind an den inneren Flächen der Öffnung 111a, 111b, 115a und 115b und an denjenigen Teilen, die die Öffnung 111a, 111b, 115a und 115b an den äußeren Oberflächen der isolierenden Substrate 109a und 109b durch das Spatter-Verfahren beispielsweise, wie in Fig. 12 gezeigt, ausgebildet. Diese Elektroden sind elektrisch an die festen Elektroden 112a, 112b, 116a und 116b jeweils angeschlossen.

Ein Zwischenraum (ein Vakuumraum) 119 ist in dem Siliciumsubstrat 102 vorgesehen, es ist die gleiche Tiefe wie die flachen Teile 104 und 107 der Membran haben, hierzu kann beispielsweise das Plasma-Etching-Verfahren eingesetzt werden. Eine Elektrode 120 ist, wie in Fig. 12 gezeigt, an dem isolierenden Substrat 109a gegenüberliegend dem Raum 119 ausgebildet und ein Kondensator C50 ist zwischen der Elektrode 120 und dem Siliciumsubstrat 102 ausgebildet. Die Elektrode 120 ist mit einer Elektrode 122 verbunden, die an der äußeren Fläche des isolierenden Substrat 109A angeordnet ist, und zwar über eine Elektrode, die innerhalb einer Öffnung 121 an dem isolierenden Substrat 109a ausgebildet ist. Ein isolierendes Substrat 123 ist an der Elektrode 122 so vorgesehen, daß die Öffnung 121 und der Raum 119 vollständig abgedichtet werden können. Das isolierende Substrat 123 ist in einer Vakuumatmosphäre durch ein Diffusionsbindungsverfahren beispielsweise angebracht worden und hält den Raum 119 unter Vakuum. Das isolierende Substrat 123 kann aus einer anderen Substanz als ein Isoliermaterial bestehen. Dieser Aufbau um den Raum 119 herum unter Einschluß des Kondensators C5 führt zur Verwirklichung einer Absolutdruckdetektoreinheit 140.

Eine Elektrode 125 ist an der äußeren Fläche des isolierenden Substrates 109a vorgesehen. Die Elektrode 120 und ein Siliciumsubstrat 102 bilden einen Kondensator C60, der das isolierende Substrat 109a zwischen diesen Teilen enthält. Durch diesen Aufbau hat die Temperaturdetektoreinheit 46 eine Funktion, die derjenigen ähnlich ist, die die Temperaturdetektoreinheit hat, die in Fig. 5 gezeigt ist.

Ein Basisteil 126 fixiert die Druckdetektoreinheit 101 an der Innenseite des Körpers des Druckdetektors 12, wie in Fig. 2 gezeigt. Eine isolierende Platte 127 fixiert die Elektroden 113b und 117b nach der Isolierung von der Basis 126 und formt einen Druckeinlaß 130 zur Übertragung des Drucks P1 zu den Drucköffnungen 11b und 115b, wodurch die Elektroden 113b und 117b fest angelegt werden. Eine Öffnung 128, die sich zu dem Siliciumsubstrat 102 hin erstreckt, ist an dem isolierenden Substrat 109a vorgesehen. Eine Elektrode 129 ist an der inneren Fläche der Öffnung, beispielsweise durch die Spatter-Methode, wie in Fig. 12, hergestellt worden. Das Siliciumsubstrat 102 ist über die Elektrode 129 geerdet (END).

Die Operationen der Druckdetektoreinheit werden nachfolgend unter Bezugnahme auf ein Beispiel erläutert, in welchem P1 < P2 ist, wobei P1 und P2 Drücke sind, die an die Vorrichtung angelegt werden.

Wenn die Drücke P1 und P2 (P2 < P2) an beiden Seiten der Druckdetektoreinheit 101 angelegt werden, werden die Membrane 103 und 106 durch den Differentialdruck in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung verformt. Die Kapazitäten C10 und C20 der Kondensatoren C10 und C20 (Sensor L) und die Kapazitäten C30 und C40 der Kondensatoren C30 und C40 (Sensor H) werden durch einen Detektorstromkreis 132 erfaßt, der nachfolgend beschrieben wird. Danach werden Operationen durch einen Arbeitsstromkreis 133 gemäß den folgenden Gleichungen (7) und (8) durchgeführt, um die Bewegungen bzw. Verformungen der Membrane zu berechnen:

(C10 - C20)/{(C10 + C20) - 2Cs1} = Δ1/d1 (7),

wobei Δ1 die Verschiebung der Membran 103, 81 der Raum zwischen der Membran 103 und festen Elektroden 112a und 112b und Cs1 die parasitäre Kapazität ist, die zwischen den Leitern derjenigen Teile erzeugt werden, die nicht zu den Elektroden des Sensors L gehören.

(C30 - C40)/{(C30 + C40) - 2Cs2} = Δ2/d2 (8),

wobei Δ2 die Verschiebung der Membran 106, d2 der Zwischenraum zwischen der Membran 106 und festen Elektroden 116a und 116b und Cs2 die parasitäre Kapazität ist, die zwischen den Leitern und denjenigen Teilen erzeugt werden, die nicht zu den Elektroden Sensors H gehören.

Die Dielektrizitätskonstante des Druckmediums (beispielsweise Siliconöl), welche die Druckdetektoreinheit 101 erfüllt, und die Drücke P1 und P2 weiterleitet, ändert sich mit der Temperatur und dem Druck. Der Einfluß der Temperatur und des Drucks kann jedoch durch Operationen beseitigt werden, die gemäß den oben beschriebenen Gleichungen (7) und (8) durchgeführt werden.

Ein Druck anliegt, wird derjenige Teil, der den Zwischenraum (den Vakuumzwischenraum 119) des isolierenden Substrats 109a und 109b bilden, durch den Druck P2 verformt, wodurch sich die Kapazität C50 des Kondensators C50 ändert. Daher wirkt die Absolutdruckdetektoreinheit 40 als ein Absolutdrucksensor, weil ein Signal, welches dem absoluten Wert des Druckes (P2) entspricht, von dem Kondensator C30 erhalten werden kann.

Wenn die Vorrichtung einem Temperaturwechsel unterliegt, kann die Größe des Raumes 119 sich durch thermische Ausdehnung des Siliciumsubstrats 102 verändern. Da die Druckempfindlichkeit des Kondensators C50 jedoch hinlänglich großgemacht werden, in dem entsprechende Einstellungen des Raumes 119 und der Dicke des isolierenden Substrats 109a vorgenommen werden, kann der absolute Druck mit hoher Präzision ohne Einfluß von Temperaturveränderungen ermittelt werden. Wenn die Temperatur der Vorrichtung sich ändert, verändert sich weiterhin die Dielektrizitätskonstante des isolierenden Substrates 109a. Das Material des isolierenden Substrates, beispielsweise Pyrexglas, hat normalerweise eine Dielektrizitätskonstante, die sich proportional zu einer Temperaturerhöhung erhöht. Mit der Erhöhung der Dielektrizitätskonstanten verändert sich die Kapazität C16. Das Messen der Veränderung der Kapazität führt daher zur Messung der Temperatur der Vorrichtung, wodurch Temperaturveränderungen des Druckes verwirklicht werden können.

Es kann angenommen werden, daß das isolierende Substrat 109a komprimiert wird und den Druck dünner wird. Jedoch hat dies einen kleinen Einfluß auf die Kapazität und kann vernachlässigt werden.

Die Kapazität C60 wird durch eine Veränderung in der Dielektrizitätskonstanten des Öls beeinflußt, weil das Vorhandensein elektrischer Feldlinien gegeben ist, die in den umgebenden Bereich des druckleitenden Mediums gelangen. Dies wird durch Einstellen der Elektrode 125 in einem ausreichend großen Abstand vom Ende des isolierenden Substrats 109a unterdrückt. Diese Art und Weise kann der Einfluß der Druckveränderung auf die Kapazität C60 in bemerkenswerter Weise reduziert werden, wodurch eine genaue Temperaturveränderungsmessung erhalten wird.

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, welches dem Aufbau der Druckdetektorvorrichtung entsprechend der Druckdetektoreinheit 101 gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.

Eine Druckdetektorvorrichtung 150 ist mit einem Schaltstromkreis 131, einem Detektorstromkreis 132 und einem Arbeitsstromkreis 133 ausgestattet. Der Arbeitsstromkreis 133 ist mit einer ersten Arbeitseinheit 134 und einer zweiten Arbeitseinheit 135 ausgestattet. Die Kondensatoren C10 bis C60, die in Fig. 13 gezeigt sind, entsprechen den Kondensatoren der Druckdetektoreinheit 101, die in Fig. 12 gezeigt ist. Der Detektorstromkreis 132 stellt die Kapazitäten der Kondensatoren C10 bis C60 fest. Der Schaltstromkreis 131 schaltet das Signal von den Kondensatoren C10 bis C60 durch und überträgt diese Signale zu dem Detektorstromkreis 132.

Die erste Arbeitseinheit 134 des Arbeitsstromkreises 133 bestimmt die Verschiebung oder Deformation, die durch die Membran 103 angezeigt wird, und zwar entsprechend der oben beschriebenen Gleichung (7), die auf den ermittelten Kapazitäten der Kondensatoren C10 und C20 basiert und gibt ein entsprechendes Signal L, das Signal 141, zu der zweiten Arbeitseinheit 135. Die erste Arbeitseinheit 134 erhält außerdem die durch die Membran 106 angezeigte Verschiebung gemäß der oben beschriebenen Gleichung (8), in dem diese auf den ermittelten Kapazitäten der Kondensatoren C30 und C40 basiert, und dies Signal wird als entsprechendes Sen­ sor-H-Signal 142 zur zweiten Arbeitseinheit 134 übertragen. Die erste Arbeitseinheit 134 überträgt weiterhin Signale entsprechend den ermittelten Signalen der Kapazitäten C50 und C60, und zwar als Absolutdrucksensorsignal 143 und als Temperatursensorsignal 144 und gibt diese an die zweite Arbeitseinheit 135 ab. Die zweite Arbeitseinheit 135 bestimmt den Druck und Veränderungswerte, die diesen Signalen entsprechen.

Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau der Arbeitseinheit 133 zeigt.

Wie in Fig. 14 gezeigt, weist die zweite Arbeitseinheit 135 des Arbeitsstromkreises 133 eine Mittelwertbildereinheit 153, eine ein zusammengesetztes Signal bildende Einheit 154, eine Sensorwahleinheit 155 und schließlich eine Ausgangsoperations-Än­ derungseinheit 156 auf. Das Sensor-L-Signal 141 und das Sensor-H-Signal 142, welche als Ausgang der ersten Arbeitseinheit 134 auftreten, werden an die Einheiten 153, 154, 155 und 156 übertragen, und das Absolutdrucksensorsignal 143 und das Temperatursensorsignal 144 werden zur Einheit 156 übertragen.

Das Sensor-L-Signal arbeitet über einen niedrigen Druckbereich, wohingegen das Sensor-H-Signal über den gesamten Arbeitsbereich von einem niedrigen Druck zu dem Hochdruckbereich arbeitet. Da die Sensor-L- und Sensor-H-Signale unterschiedliche Ausgangssignale im Ansprechen auf den gleichen Druck erzeugen, zeigt das Sensor-L-Signal 141 und das Sensor-H-Signal 142 auch unterschiedliche Signale im Ansprechen auf den gleichen Druck an. Fig. 15 zeigt die Beziehung zwischen dem Sensor-L-Signal 141 und dem Sensor-H-Signal 142 über den Druck.

Die Ausgangsoperationsänderungseinheit 156 gibt ein Signal aus, welches das Druckermittlungsresultat als Ausgangssignal 160 anzeigt. In dem Verfahren zur Erzeugung des Ausgangssignals wird eine der Einheiten 153, 154 und 155 in Abhängigkeit von dem Meßverfahren ausgewählt, welches aus einer Mehrzahl von Meßmethoden ausgewählt wurde, um das Ausgangssignal 160 zu erhalten, indem ein Signal von der ausgewählten Einheit, ein Absolutsensorsignal 143 und ein Temperatursensorsignal 144 ausgewählt werden.

Nachfolgend werden die Operationen beschriebenen, die durch die Mittelwertbildungseinheit 153, die Sensorauswahleinheit 155 und die Einheit zur Erzeugung eines zusammengesetzten Signals 154 durchgeführt werden, je nachdem welche Meßmethode gewählt wird.

Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau der Mittelwertbildungseinheit 153 zeigt. Wie in Fig. 16 gezeigt, weist die Einheit 153 einen Mittelwertbildungsteil 171, eine Addiereinheit 172 und eine Ausgangseinheit 173 auf.

Die Druckermittlung in einem Bereich (ein Zwischenbereich R), wie in Fig. 15 gezeigt, bei welchem Meßbereiche der Sensoren L und H sich überlappen, wählt die Mittelwertbildungseinheit 153 gemäß dem Steuersignal 30 von der Ausgangsoperations­ änderungseinheit 146 aus, wenn eine Operation gemäß einem Signal durchgeführt wird, welches durch Mittelwertbildung der Ausgänge der Sensoren erhalten wurde. Zu diesem Zeitpunkt führt der Mittelwertbildeteil 171 der Mittelwertbildungseinheit 153 einen Prozeß des Verringerns beider Signale L und H bzw. 141 und 142 durch Halbieren aus. Diese Signale werden sodann in der Addiereinheit 172 addiert. Als Ergebnis hiervon wird ein Mittelsignal, welches die Bezugszahl 172 trägt, wie in Fig. 17 gezeigt, erhalten und zur Ausgangsoperation-Änderungseinheit 156 durch die Ausgangseinheit 173 übertragen. In diesem Beispiel werden Mittelwertbildungsvorgänge über den Zwischenbereich R durchgeführt. Jedoch können Mittelwertbildungen in lediglich einem Teil des Bereiches ebenfalls durchgeführt werden. Auf diese Art und Weise kann eine Mittelwertbildung gemäß einem Steuersignal 151 von der Ausgangsoperationsänderungseinheit 156 ausgewählt werden. Als Ergebnis hiervon kann die Messung flexibel mit hoher Präzision durchgeführt werden.

Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau der Sensorauswahleinheit 155 zeigt. Wie in Fig. 18 dargestellt, weist die Sensorauswahleinheit 155 eine Vergleichs- und Festlegungseinheit 175 und eine Steuersignalausgangseinheit 176 auf.

Wenn das zweckmäßigste Signal zur Verwendung in Arbeitsvorgängen von den beiden Sensorausgängen 141 und 142 ausgewählt worden ist, wird die Sensorauswahleinheit 155 gemäß einem Steuersignal 158 von der Ausgangsoperationsänderungseinheit ausgewählt. Zu diesem Zeitpunkt legt ein 1-bit-Modeauswahlsignal 159 fest, welcher Sensorausgang gewählt werden sollte. Die Vergleichs- und Festlegungseinheit 175 wählt den gewünschten Sensorausgang gemäß dem Mode-Auswahlsignal 159 aus. Das ausgewählte Sensorausgangssignal wird zur Ausgangsoperationsänderungseinheit 156 als ein Auswahlsignal 148 durch die Steuersignalausgangseinheit 156 ausgegeben. Ein zweckmäßiges Sensorausgangssignal kann so gemäß dem Steuersignal 158 und dem Auswahlsignal 159 von der Ausgangsoperationsänderungseinheit 156 ausgewählt werden und eine hochpräzise Messung kann verwirklicht werden.

Fig. 19 ist eine graphische Darstellung, die das Ausgangssignal der Sensorauswahleinheit 155 in Abhängigkeit vom Druck zeigt und anzeigt, daß der Ausgang des Sensors L innerhalb des Meßbereiches R1 ausgewählt wird.

Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau der Einheit 154 für das zusammengesetzte Signale zeigt. Wie in Fig. 20 gezeigt, weist die Einheit 154 eine Signalkombinierungseinheit 178 und eine Ausgangseinheit 179 auf.

Wenn ein Steuersignal 157 von der Ausgangsoperations­ änderungseinheit 156 zur Einheit für das zusammengesetzte Signal 154 übertragen wird, kombiniert die Einheit 154 durch die Kombinationseinheit 178 einen Sensorausgang mit den Ausgängen von dem Sensoren L und H, welche vorläufig in ein zusammengesetztes Signal kombiniert und in einem Speicher gespeichert werden und dergl. Das zusammengesetzte Signal ist dann der Ausgang der Einheit 179. Das das Ausgangssignal, verarbeitet wird, nachdem es gemäß dem Steuersignal 157 von der Ausgangsoperationsänderungseinheit 156 spezifiziert worden sind, kann eine hochpräzise Messung flexibel durchgeführt werden.

Fig. 21 ist eine graphische Darstellung, die die Charakteristik des Ausgangssignals über dem Druck der Einheit 154 zur Erzeugung eines zusammengesetzten Signals zeigt. Die Bezugszahl 14 in Fig. 21 steht für ein zusammengesetztes Signal, welches beispielsweise nach dem Verfahren der Sektoraddierung, Gewichtung oder der arithmetischen Addition erzeugt worden ist, wobei diese Vorgänge auf den Signalen der Sensoren L und H basieren, die unter idealen Bedingungen erhalten worden sind. Das zusammengesetzte Signal 14 wird in einem Speicher oder dergl. vorher gespeichert. Die unterbrochenen Linien für den Sensor 1 und den Sensor 2 entsprechenden den Signalen, die tatsächlich durch die Druckdetektorvorrichtung gemäß der Erfindung in einer echten Messung erhalten werden.

Wie in dieser graphischen Darstellung gezeigt, erzeugt die Einheit 154 für das zusammengesetzte Signal das zusammengesetzte Signal durch das Verfahren, beispielsweise der Vectoraddition, der Gewichtung oder der arithmetischen Addition, wobei das Signal vom Sensor L (Sensor 1) und das Signal 14 im Meßbereich R1 eingesetzt wird und das zusammengesetzte Signal als ein Meßergebnis ausgibt. Im Meßbereich R2 erzeugt die Einheit 154 das zusammengesetzte Signal durch die gleiche Methode, wobei das Signal vom Sensor H (Sensors 2) und das Signal 14 verwendet werden und als Meßresultat ausgegeben werden.

Falls lediglich ein Sensor vorhanden ist (beispielsweise unter Verwendung der Vorrichtungen, die in den Fig. 5 bis 11 gezeigt worden sind), wird ein zusammengesetztes Signal durch das Ausgangssignal des Sensors und das Signal 14 als Meßergebnis über den gesamten Meßbereich ausgegeben.

Nachfolgend werden die anfängliche und die äußere Änderung bzw. Korrektur beschrieben, die eingesetzt werden, um ein Detektionssignal zu verarbeiten. Diese Verarbeitungsvorgänge werden durch die Ausgangsoperationsänderungseinheit 156 der zweiten Arbeitseinheit durchgeführt. Zeichen, die in den Gleichungen verwendet werden, sind wie folgt definiert:
T1, T2: Werte entsprechend zu C1 und C2
A: Anfänglicher Änderungskoeffizient
B: Anfänglicher Änderungskoeffizient
PN: Ausgangswert des Druckes nach der anfänglichen Änderung
PF: Das Verhältnis (%) des Ausgangswertes des Druckes nach der anfänglichen Änderung
PNZ: Der Wert von PF, wenn der Druck P0 ist (0%)
PBS: Der Wert von PF, wenn der Druck P voll an­ liegt (100%)
F: Der Ausgangswert des Druckes PN, nach dem Ein­ stellen eines Bereiches und einer äußeren Än­ derung
RNZ: Der Nulleinstellungskoeffizient, wenn der Bereich eingestellt wird
RNS: Der Maximaleinstellungskoeffizient, wenn der Bereich eingestellt wird,
KZ: Der Nulleinstellungskoeffizient bei äußerer Änderung
KS: Der Maximaleinstellungskoeffizient, bei äußerer Änderung
PN, PF und F: werden wie folgt festgelegt:

PN = (T1 - T2 - A)/(T1 - T2 - B) (9)

PF = 100·(PN - PNZ)/PNS (10)

F = 100·{PF-(RNZ + KZ)}/RNS·(1 + KS) (11)

Fig. 22A und 22B zeigen die Beziehung zwischen PB und PF und dem Druck P. Die Fig. 23A und 23B zeigen die Beziehung zwischen F und dem Druck P.

Wenn die anfänglich Änderung durchgeführt worden ist, werden die anfänglichen Änderungskoeffizienten A und B optimiert, und zwar durch ein Einsatz der oben beschriebenen Gleichung (9), so daß der Ausgang PN einem vorbestimmten Gegenstandswert unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise hinsichtlich der Temperatur und dergl. genügt. Als Ergebnis hiervon, wie in Fig. 22A gezeigt, ist der Ausgang vor den Änderungen (angezeigt in unterbrochenen Linien) zweckmäßig angepaßt, wie durch die festausgezogenen Linien gezeigt. In den meisten Fällen ist es notwendig, die anfänglichen Eingangskoeffizienten A und B für jeden Sensor zu optimieren. Falls die Charakteristiken jedes Sensors fast einander identisch sind, wird der anfängliche Änderungskoeffizient lediglich durch den einen Sensor verändert, und der optimierte Wert wird an die anfänglichen Änderungskoeffizienten des anderen Sensors angelegt.

Wenn ein Bereich eingestellt wird, werden der Koeffizient RNZ und der RNS bei einem beliebigen Druck eingestellt, der den oben beschriebenen Gleichungen (10) und (11) entspricht. (vergl. Fig. 22B). Wenn eine Bereichseinstellung für einen speziellen Sensor ausgewählt wird, kann eine lineare Korrektur in einem Druckbereich für andere Sensoren durchgeführt werden, und zwar zusätzlich zu dem speziellen Sensor und in dem Druckbereich P1.

Wenn eine externe Einstellung durchgeführt wird, wird eine Nulleinstellung und eine Maximalwerteinstellung basierend auf der oben beschriebenen Gleichung (11) durchgeführt, indem die Koeffizienten KZ und KS justiert werden, je nachdem ob Null- oder Vollwert (100% Druck) eingestellt werden soll. Fig. 23A zeigt die Nulleinstellung. Fig. 23B zeigt die Endwerteinstellung. In den meisten Fällen ist es notwendig, eine Nulleinstellung und eine Endwerteinstellung für jeden Sensor durchzuführen. Falls die Charakteristiken jedes Sensors fast einander identisch sind, sollte die Änderung lediglich für den einen Sensor durchgeführt werden und an die anderen Sensoren angelegt werden.

Fig. 24 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau der Ausgangsoperationsänderungseinheit 156 zeigt. Wie in Fig. 24 dargestellt, weist die Einheit 156 eine Ausgangsänderungseinheit 191, eine Ände 22782 00070 552 001000280000000200012000285912267100040 0002019648048 00004 22663rungsdatenspeicher­ einheit 192, eine Fehler oder Abnormalitätenfeststelleinheit 93 und eine Arbeitseinheit 1994 auf.

Die Ausgangsoperationseinheit 191 wird durch die Mikroprozessoreinheiten (MPU) und dergl. gebildet und erzeugt Steuersignale zur Mittelwertbildungseinheit 153, der Sensorauswahl 155 und der Einheit 154 für das zusammengesetzte Signal und führt eine Operation an einem Ausgangssignal aus, welche auf Ausgangssignalen 142 und 143 der Sensoren L und H und Signalen 146, 148 und 147 basiert, die von den Einheiten 153, 155 und 154 erhalten werden. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Änderungsoperation durchgeführt wobei die anfänglichen Änderungskoeffizienten A und B verwendet werden, die in die Änderungsdatenspeichereinheit 142 eingeschrieben werden, welche ein ROM und dergl. aufweist, wobei der Ausgang 143 von dem Absolutdrucksensor 140 und der Ausgang 144 von dem Temperatursensor 46 herrührt. Eine Bereichseinstellung und eine äußere Einstellung werden durch äußeres Verändern der Koeffizienten RNZ und KS für den Einsatz beim Einstellen eines Bereiches und des Nulleinstellungskoeffizienten KZ und des Koeffizienten KS für die Einstellung eines äußeren Bereiches e Arbeitseinheit 194 eingesetzt. Die Fehlerdarstellungseinheit 193 stellt die oben beschriebenen Arbeitsvorgänge und den Ausgangs jedes Sensors und jeder Einheit dar. Falls die Fehlerfeststelleinheit 193 feststellt, daß ein Sensorausgang außergewöhnlich ist, indem dieser mit einem anderen Sensorausgang verglichen wird, erzeugt sie ein Alarmsignal und gibt ein Adressiersignal aus, welches dem Sensor mit dem außergewöhnlichen Ergebnis und der Ausgangsoperationseinheit 191 entspricht und stoppt den Ausgang des Sensors.

Fig. 25 zeigt die sechste Ausführungsform der Druckdetektoreinheit der Druckdetektorvorrichtung gemäß der Erfindung. In Fig. 25 erscheinen auch die Einheiten der fünften Ausführungsform, die in Fig. 12 gezeigt sind und sie tragen die gleichen Bezugszahlen, so daß eine detaillierte Beschreibung hier nicht erforderlich ist.

Eine Druckdetektoreinheit 201 entsprechend der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der Druckdetektoreinheit 101 gemäß der fünften Ausführungsform, und zwar durch das Vorhandensein einer Druckdetektoreinheit 201, die eine Bezugskapazitätsdetektor­ einheit 201 aufweist. Die Bezugskapazitätsdetektoreinheit 210 weist einen Raum 211 auf, der in dem Siliciumsubstrat 102 gebildet ist, und weiterhin eine Elektrode 212, die an dem isolierenden Substrat 109a im oberen Bereich des Raumes 211 ausgebildet ist. Der Raum 211 ist durch Plasma-Ätzung des Siliconsubstrates bis zur Tiefe der Membrane 104 und 108 hergestellt worden. Ein Kondensator C70 (dessen Kapazität ebenfalls durch C70 dargestellt worden ist), ist zwischen der Elektrode 212 und dem Siliciumsubstrat 102 ausgebildet. Eine Elektrode 214 ist an der oberen Fläche des isolierenden Substrates 109a geformt und ist mit der Elektrode 212 durch eine leitende Verbindung verbunden, die innenseitig an eine Öffnung 213 in dem isolierenden Substrat 109a ausgebildet ist.

Der Raum 211 wird mit dem Druckmedium gefüllt, welches die Kondensatoren C10 bis C14 umfaßt und den Druck P1 und P2 überträgt. Daher wird lediglich eine Veränderung in der Dielektrizitätskonstanten des Druckmediums detektiert, welche mit einer Veränderung in der Temperatur oder dem Druck einhergeht, indem eine Veränderung der Kapazität des Kondensators C70 festgestellt wird. Die parasitären Kapazitäten der Kondensatoren C10 bis C40 werden ebenfalls durch eine Veränderung in der Dielektrizitätskonstanten des Druckmediums beeinflußt, welches sich mit der Temperatur und dem Druck ändert. Daher kann eine reine Streukapazität ohne Einfluß eine Veränderung in der Dielektrizitätskonstanten dadurch erhalten werden, indem eine Veränderung durchgeführt wird, die auf dem Meßergebnis der Kapazität für den Kondensator C70 basiert. Auf diese Art und Weise wirkt die Einheit 210 als parasitärer Kapazitätsänderungskondensator.

Das Verfahren zum Ausmessen einer Veränderung, die durch eine Membrane angezeigt wird, und das Verfahren zur Druckberechnung durch die Druckdetektoreinheit 201 gemäß der sechsten Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen der fünften Ausführungsform.

Fig. 26 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau der Druckdetektorvorrichtung entsprechend der Druckdetektoreinheit 201 gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt.

Die Druckdetektorvorrichtung weist die Druckdetektoreinheit 201, eine Auswahleinheit 202, einen Kapazitätsfrequenz­ umwandlungsstromkreis 203, einen Zähler 204 und einen µ-COM-Arbeitsstromkreis 205 auf, der durch einen Mikroprozessor verwirklicht worden ist.

Fig. 27 ist ein Blockdiagramm, welches ein Signalaufgabesystem der Druckdetektorvorrichtung zeigt.

Wie in Fig. 27 zu erkennen, werden die Signale von den Kondensatoren C10 bis C70 der Druckdetektoreinheit 201 zwischen durchgeschalteten und nichtdurchgeschalteten Zustände durch die Schalter SW11 bis SW17 der Auswahleinheit 202 durchgeschaltet. Jeder der Schalter SW11 bis SW17 umfaßt beispielsweise einen CMOS-Typ-Transistor. Der Schaltsteuerstromkreis SW1 steuert das Öffnen und Schließen der Schalter SW11 bis SW17. Unter dieser Steuerung wird ein erforderliches Signal aus den Signalen von den Kondensatoren C10 bis C70 ausgewählt und zum Kapazitäts-Frequenz-Um­ wandlungsstromkreis 203 ausgegeben. Der Stromkreis 203 lädt und entlädt die Kondensatoren C10 bis C70 und weist einen Widerstand R und ein Schmidt-Trigger G1 auf. Der Schmidt-Trigger G1 hat zwei Schwellwerte und wandelt einen Ausgang dann um, wenn die Entladung oder Ladespannung den Schwellwert überschreitet, wodurch ein Impulssignal mit einer Frequenz erzeugt wird, die der Kapazität jedes Kondensators entspricht. Der Zählerstromkreis 204 zählt die Impulssignale unter Verwendung eines Bezugssteuersignals. Der µ-COM-Arbeits­ stromkreis 205 liest die Zählwerte und führt eine entsprechende Operation aus.

Als nächstes wird der Meßvorgang der Kapazität des Kondensators C10 bis C70 unter Bezugnahme auf die Fig. 28 beschrieben. (A) bis (f) nach Fig. 28 zeigt die Wellenformen der Signale, an denen durch (a) und (f) gezeigten Positionen der Fig. 27.

Im anfänglichen Zustand gibt der Arbeitsstromkreis 205 kein Modeauswahlsignal P0 aus, wie dies bei (a) in Fig. 28 zu erkennen ist, und der Zählstromkreis 204 ist im rückgezählten Zustand gemäß dem Rückstellungssignal RST (b) in Fig. 28. Wenn der Mikroprozessorstromkreis 205 ein Modeauswahlsignal P0, wie dies in (a) in Fig. 28 angezeigt ist, ausgibt, schaltet der Schaltsteuerstromkreis SW1 den Schalter SW11 ein und wählt die Kapazität C10 aus, hierbei wird ein Schwingstromkreis durch den Widerstand R, den Kondensator C10 und das Gate G1 gebildet. Falls der Eingang zu dem Gate G1 einen niedrigen Pegel hat (L), zeigt der Ausgang von Gate G1 einen hohen Wert (H bzw. V_oh), wodurch der Kondensator C10 über den Widerstand R aufgeladen wird. Wenn die Ladespannung des Kondensators C10 die höhere Spannung (V_tu) des zweiten Schwellwertes erreicht, wird der Ausgang vom Gate G1 vom Pegel L umgekehrt, so daß die elektrische Ladung, die sich durch auf dem Kondensator C10 aufgesammelt hat über den Widerstand R entlädt. Wenn die Eingangsspannung des Gates G1 auf den niedrigen Wert fällt (Spannung V_TL) des zweiten Schwellwertes, zeigt das Gate G1 den H-Pegel, wodurch der Kondensator C10 sich wieder über den Widerstand R auflädt. Durch Wiederholen des Lade- bzw. Entladevorganges gibt das Gate G1 Impulssignale mit einer Frequenz auf, die proportional zur Kapazität des Kondensators C10 ist (vergl. (d) in Fig. 28).

Die Zahl der Impulse der Ausgangsimpulssignale werden durch den Zählstromkreis 204 gezählt. Wenn der Zählwert eine vorbestimmte Zahl erreicht, hält der Zählstromkreis 204 den Zählvorgang an, wie dies in (f) gezeigt ist, indem ein Impulssignal (IRQ) ausgegeben wird, welches in (e) in Fig. 28 gezeigt ist. Der Arbeitsstromkreis 205 empfängt das Zählsignal IRQ als ein Unterbrechungssignal vom Zählstromkreis 204 und liest den Zählwert n als Ausgang P1 bei einer Entlade bzw. Ladezeit T1 ein.

Die Ladezeit des Kondensators C10, nämlich die Zeit t1 wird wie folgt berechnet:

V_TV-V_TL = (V_OH-V_TL) (1-e^-t1/R·C10) (12)

und

t1 = R·C10·LN{(V_OH-V_TL)/(V_OL-V_TL)} (13),

wobei LN den natürlichen Logarithmus darstellt.

Die Entladezeit t1′ wird entsprechend wie folgt berechnet:

V_TV-V_TL = (V_OL-V_TU)·(1-e^{-t1′/R·C10}) (14)

und

t1′ = R·C10·LN {(V_OL-V_TU)/(V_OL-V_TL)} (15).

Da die Zeit der Ladevorgänge n-1 für n Ladezeiten ist, wie dies in (d) in Fig. 28 dargestellt ist, kann die Ladezeit T1 wie folgt berechnet werden:

T1 = n·t1 + (n-1)·t1′ (16)

Die Ladezeit wird vielfach berechnet, weil die Präzisionsmessung des Zeitmeßzählers verbessert werden sollte. Die Ladezeit (die Zahl der Impulse) n kann durch einen zweckmäßigen Wert eingestellt werden, der der Bezugszeitsteuerfrequenz, dem Wert des Widerstandes R und der Kapazität und dergl. des Kondensators entspricht. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist n = 960.

Als nächstes schaltet der Stromkreis 205 entsprechend den Gleichungen (13) und (15) den Schalter aus und schaltet den Schalter SW12 unter der Steuerung des Schaltstromkreises SW1 nach dem Berechnen der Ladezeit T1 von der ausgezählten Zahl der Impulse n und der Ladungszeit T1 für die Kapazität C10. In entsprechender Weise wird die Lade- und Entladezeit T2 des Kondensators C20 und die Impulssignale zu der Ladezeit t2 gezählt. Dieser Vorgang ist entsprechend dem bereits oben beschriebenen. Der rechte Teil der Fig. 28 zeigt eine zeitliche Darstellung für diesen Vorgang. In entsprechender Weise wird die Ladezeit der Kondensatoren C30 bis C70 berechnet.

Basierend auf den erhaltenen Ladezeiten führt der Arbeitsstromkreis 205 die folgenden Operationen durch.

Die durch die Membran angezeigte Veränderung wird für einen niedrigen Druckbereichsensor L, der die Kondensatoren C10 und C20 erfaßt, erhalten.

(t1 - t2)/(t1 + t2 -7) = (C10 - C20)/(C10 + C20 - C70) (17)

In diesem Fall enthält die gemessene Kapazität die parasitäre Kapazität, die zwischen den Leitern erzeugt wird, und zwar unter Ausschluß der Elektroden in der Druckdetektoreinheit 201. Daher wird eine parasitäre Kapazität von CS1 in der oben beschriebenen Gleichung (17) wie folgt repräsentiert:

(C10 + Cs1 - C20 - Cs1)/(C10 + Cs1 - C20 + Cs1 - C70) = (C10 - C20)/(C10 + C20 + 2Cs1 - C70) (18),

wobei mit 2Cs1 = C70 (Cref) wird der Einfluß der parasitären Kapazität ausgelöscht wird. Auf diese Art und Weise kann eine Veränderung, die durch die Membran angezeigt wird, erhalten werden, während der Einfluß der Kapazität durch die Durchführung einer Operation ausgelöscht werden kann, die den oben beschriebenen Gleichungen entspricht und unter Einsatz des Mikroprozessorstromkreises durchgeführt wird. Für einen Hochdruckbereichsensor H unter Einschluß der Kapazitäten C30 und C40 wird eine Operation gemäß den Gleichungen 20 und 21 durchgeführt, die den Gleichungen 18 und 19 entsprechend

(t3 - t4)/(t3 + t4 - t7) = (C30 - C40)/(C30 + C40 - C70) (19)

(C30 + Cs2 - C40 - Cs2)/(C30 + Cs2 - C40 + Cs2 - C70) = (C30 - C40)/(C30 + C40 + 2Cs2 - C70) (20),

wobei Cs2 die parasitäre Kapazität bezeichnet, die sich auf Hochdruckgereichsensor H bezieht.

Wenn Temperatur- und Druckausgleich durchgeführt werden, wählt der Mikroprozessorstromkreis 205 die Kapazitäten C50 oder C60 aus, mißt die Ladezeiten t4 und t5, die proportional zur jeweiligen Kapazität in einer Art und Weise berechnet wird, wie die, die oben beschrieben worden ist, und führt einen vorbestimmten Änderungsvorgang durch, der auf dem Meßwertergebnis basiert.

Baubeispiele der Druckdetektorvorrichtung gemäß der Vorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform, die in Fig. 25 gezeigt ist, werden nachfolgend beschrieben. In der Beschreibung tragen Bauteile, die auch in Fig. 27 erscheinen, die gleichen Bezugszahlen, und eine detaillierte Beschreibung ist daher hier weggelassen worden.

Fig. 29 ist ein Blockdiagramm, welches den zweiten Aufbau der Druckdetektorvorrichtung entsprechend der sechsten Ausführungsform zeigt.

Der Kapazitätsfrequenzumwandlungsstromkreis 203 wandelt den Schmidt-Trigger-Gate G1, der in Fig. 27 gezeigt ist, von einem Wechselrichter-Gate in ein NAND-Gate G2 um. Der eine Eingang F des NAND-Gates G2 ist ein Steuergateanschluß 241. Wenn ein Eingang von dem Mikroprozessorstromkreis 205 zu dem Gate-Anschluß 241 geht, wird ein niedriger Pegel angezeigt und das NAND-Gate G2 führt keine Ladung und auch keine Entladung durch. Der Lade- oder Entladevorgang wird lediglich dann durchgeführt, wenn das NAND-Gate G2 einen hohen Pegel zeigt. In diesem Beispiel kann eine vorbestimmte Nichtarbeitszeit für das NAND-Gate G2 durch Steuern eines Eingangssignals zum Gate-Terminal 241 durch den Mikroprozessorarbeitsstromkreis eingestellt werden, wodurch der Energieverbrauch der Vorrichtung verringert wird. Die Bezugszahlen 1 und 2 in Fig. 29 zeigen ein Beispiel für eine Ausgangswellenform vom NAND-Gate G2 und ein Beispiel einer Eingangswellenform zum Gate-Anschluß 241.

Fig. 30 ist ein Blockdiagramm, welches das dritte Beispiel des Aufbaus der Druckdetektorvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt.

In diesem Beispiel ist das Schmidt-Trigger-Gate G1, welches in Fig. 27 gezeigt worden ist, durch zwei Wechselrichter 231 und 232 und zwei Widerstände Rs und Tf ersetzt worden. Unter der Annahme, daß der Schwellwert der Spannung des Inverters V_TH, ist die Spannung (Speisespannung), die an dem Stromkreis gelegt wird V_DD, der höhere der beiden Schwellspannungen ist V_TU und der niedrigere der beiden Schwellspannungen ist V_TL. diese Werte erscheinen in den folgenden Gleichungen (21) bis (23)

V_TL = (Rs + Rf)/Rf·{V_TH-Rs·V_DD/(Rs - Rf)} (21)

V_TU = (Rs + Rf)·V_TH/Rf (22)

V_TU-V_TL = Rs·V_DD/Rf (23)

Als Ergebnis hiervon kann die Differenz zwischen den beiden Schwellwerten der Spannungen beliebig durch Auswahl der Widerstandswerte der Widerstände Rs und Rf eingestellt werden und zwar basierend auf den oben beschriebenen Gleichungen (23).

Die Druckdetektorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung detektiert einen Druck als eine Veränderung in der Kapazität, wandelt ein Detektorsignal in ein elektrisches oder optisches Signal um und überträgt dann das Ergebnis zu einer im Abstand angeordneten Empfängereinheit und dgl., wodurch der elektrische Energieverbrauch der Vorrichtung verringert wird. In diesem Fall fließt ein hoher Strom in einem Schaltvorgang, falls das Gate oder entsprechende Einrichtung eine CMOS-Ein­ richtung aufweist. Um einen kleineren effektiven Wert des elektrischen Energieverbrauchs zu erhalten, sollte eine Schwingungsfrequenz beim Lade- und Entladevorgang kleiner gemacht werden. Wenn daher die Höhe der Schwellspannung auf einen großen Wert mit dem in Fig. 30 gezeigten Aufbau eingestellt wird, kann die Schwingungsfrequenz kleiner sein, wodurch der Energieverbrauch der Vorrichtung verringert wird.

Fig. 31 ist ein Blockdiagramm, welches das vierte Beispiel des Aufbaus der Druckdetektorvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt.

In diesem Falle sind zwei Schalter CC1 und CC2 jeweils mit CMOS-Transistoren und dgl. aufgebaut, so wie dies in Fig. 31 gezeigt ist. Diese Schalter werden dem Ausgang von Gate G1 entsprechend so gesteuert, um die Spannungseinspeisung von der Konstantstromquelle V_DD zu steuern, um die Ladung oder Entladung des Kondensators durchzuführen. Wellenformen (1) und (2), die in Fig. 31 gezeigt sind, stellen eine Ausgangswellenform und eine Eingangswellenform des Gates G1 dar, wobei die Wellenform (3) und (4) jeweils dem Gatesignal für die Transistoren CC1 und CC2 entsprechen. Mit diesem Aufbau wird die Steigung der Spannung um die in Spannungsschwellwert herum groß im Vergleich mit dem Fall, wo die Ladung und Entladung durch einen Widerstand und einen Kondensator verändert wird, welche eine exponentielle Form zeigt. Daher ist die Vorrichtung durch Störungen, Rauschen und dgl. weniger beeinflußbar. Mit Hilfe der CMOS-Transistoren kann weiterhin der Vorteil erzielt werden, daß die Temperaturdrifte auf 0 eingestellt werden, weil die Quellspannung verwendet wird.

Fig. 32 ist ein Blockdiagramm, welches das fünfte Beispiel des Aufbaus der sechsten Ausführungsform zeigt. Die Wellenformen (1), (2) und (3) in Fig. 32 zeigen die Ausgangswellenform einer Eingangswellenform des Gates G1 und die Lade- und Entladespannungswellenform der Kondensatoren dar.

In diesem Beispiel umfaßt der Schwingstromkreis drei Inverter oder Nicht-Stufen G710, G720 und G730, einen Lade- und Entladewiderstand R und Kondensatoren C10 bis C70, um einen Lade- oder Entladevorgang durchzuführen unter Verwendung der Schwellspannung. Ein Schutzwiderstand R7 hält die Lade- und Entladespannung, wie in (3) in Fig. 32 gezeigt wird so, daß sie nicht den Quellspannungsbereich V_SS bis V_DD überschreitet. Da das Gate G730 einen hohen Pegel (H) hat, wenn sein Eingang einen niedrigen Pegel hat, wird der Kondensator über den Widerstand R geladen. Wenn die Ladespannung den Schwellwert V_TU erreicht, wird der Ausgang des Gates G730 umgekehrt und zwar auf dem Pegel L und die elektrische Ladung des Kondensators wird über den Widerstand R entladen. Wenn die Entladespannung des Gates G730 einen niedrigeren als den Schwellwert V_TH annimmt, zeigt der Ausgang des Gates G730 den H-Pegel an, wodurch der Kondensator wieder über den Widerstand R geladen wird. Wie durch die Wellenform der Ladung und Entladung in (3) in Fig. 32 gezeigt, kann die Veränderung der Lade- und Entladespannung größer als nach der Schmidt-Trigger-Methode (vergleiche die Darstellung (3) der Fig. 32). Als Ergebnis hiervon kann die Schwingungsfrequenz kleiner als oben beschrieben sein und der Energieverbrauch kann erfolgreich verringert werden.

Fig. 33 ist ein Blockdiagramm, welches das sechste Beispiel des Aufbaus der Druckdetektorvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt. Dieses Beispiel ist eine Veränderung der in Fig. 32 gezeigten Vorrichtung. Das Invertergate G710 ist nun ein NAND-Gate G810 und Gateeingangsanschluß 410 ist, wie in Fig. 33 gezeigt, vorgesehen. Die Wellenformen (1), (2), (3) und (4), die in Fig. 33 zu erkennen sind, zeigen eine Eingangswellenform und eine Ausgangswellenform des Gates G730, die Entlade- und Ladespannungswellenform der Kondensatoren und das eine der beiden Eingangssignale des NAND-Gates G810.

Fig. 34 ist ein Blockdiagramm, welches das siebente Beispiel des Aufbaus der Druckdetektorvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt. Dieses Beispiel ist auch eine Veränderung der in Fig. 32 gezeigten Vorrichtung, wobei der Entlade- und Ladewiderstand R7 durch zwei Schalter CC1 und CC2 ersetzt worden ist. Die Schalter CC1 und CC2 werden in Abhängigkeit vom Ausgang des Gates 730 geschaltet und die Speisespannung von der Konstantstromquelle V_DD wird dadurch so gesteuert, um den Kondensator zu laden und entladen. Die in Fig. 33 wiedergegebenen Wellenformen (1), (2), (3), (4) und (5) zeigen die Lade- und Entladespannungswellenform der Kondensatoren, eine Eingangswellenform und eine Ausgangswellenform des Gates G730 und die Gate-Signale der Transistoren CC1 und CC2.

Die Druckdetektorvorrichtung mit zwei Drucksensoren ist in der sechsten Ausführungsform beschrieben. Jedoch kann lediglich ein Drucksensor verwendet werden oder aber drei oder mehr. In dieser Ausführungsform hat ein Bezugskondensator eine invariable Kapazität und ist in zwei Drucksensoren verkörpert. Der Bezugskondensator kann auch auf eine Vorrichtung angewendet werden, die mit einem Drucksensor ausgestattet ist aber drei oder mehrere Sensoren aufweist.

Claims (33)

1. Eine auf der Kapazität basierende Druckde­ tektorvorrichtung zur Ermittlung des Drucks, der an einer Membran anliegt, basierend auf einer Kapazität, die sich bei einer Veränderung in einem Teil der Membran verändert, aufweisend:
eine Membran, deren Lage in Abhängigkeit von einem Differentialdruck zwischen einem ersten und einem zweiten Druck verändert,
eine erste Elektrode, die einer ersten Ebene der Membran gegenüberliegend angeordnet ist und zusammen mit der Membran einen ersten Kondensator bildet,
eine zweite Elektrode, die gegenüberliegend einer zweiten Ebene der Membran angeordnet ist und zusammen mit der Membran einen zweiten Kondensator bildet,
einen dritten Kondensator, dessen Kapazität sich gemäß dem ersten Druck ändert;
eine Detektoreinrichtung zum Ermitteln der Kapazitäten des ersten bis dritten Kondensators,
und einen Arbeitsstromkreis, um Drücke zu erhalten, die an die Membran angelegt werden, die auf der Kapazität des ersten und zweiten Kondensators basieren und zum Verändern des erhaltenen auf der Kapazität des dritten Kondensators basierenden Drucks.

2. Druckdetektorvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend:
eine Schalteinrichtung zum Schalten der Verbindungen zwischen den ersten drei Kondensatoren und der Detektoreinrichtung und wahlweises Ausgeben eines der Ausgänge des ersten bis dritten Kondensators an die Detektoreinrichtung.

3. Druckdetektorvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
der dritte Kondensator eine dritte Elektrode aufweist, die an einem isolierenden Substrat und an einem leitenden Substrat vorgesehen ist, und
ein Vakuum zwischen der dritten Elektrode und einem leitenden Substrat im wesentlichen aufrechterhalten bleibt.

4. Druckdetektorvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend:
einen vierten Kondensator, dessen Kapazität sich der Umgebungstemperatur der Membran entsprechend ändert, wobei der Arbeitsstromkreis eine Temperaturänderung für den erhaltenen Druck ausführt, der auf der Kapazität des vierten Kondensators basiert.

5. Druckdetektorvorrichtung gemäß Anspruch 4, weiterhin aufweisend:
Schaltmittel zum Schalten der Verbindungen zwischen dem ersten bis vierten Kondensator und der Detektoreinrichtung und zum wahlweisen Ausgeben der Ausgänge von einem der ersten vier Kondensatoren zu der Detektoreinrichtung.

6. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der vierte Kondensator ein leitendes Substrat und die dritte Elektrode und zwischen diesen beiden ein isolierendes Substrat aufweist.

7. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der vierte Kondensator ein Paar Elektroden mit dazwischen befindlichem dielektrischen Substrat aufweist.

8. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der vierte Kondensator ein Paar kammförmige Elektroden aufweist, die ineinander versetzt auf einer Ebene des Substrats ausgebildet sind.

9. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend
einen vierten Kondensator, der in Sandwich-Art ein druckführendes Medium zur Übertragung des ersten Drucks auf die Membran aufnimmt, wobei
die Verarbeitungseinrichtung eine Änderung in Abhängigkeit der Veränderung der Elektrizitätskonstanten des Druckmittels für den erhaltenen Druck ausführt, wobei dieser auf der Kapazität des vierten Kondensators basiert.

10. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 9, weiterhin aufweisend eine Schalteinrichtung zum Schalten der Verbindungen zwischen dem ersten bis vierten Kondensator und der Detektoreinrichtung und zum wahlweisen Übertragen des einen Ausganges von dem ersten bis vierten Kondensators zur Detektoreinrichtung.

11. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei
der vierte Kondensator eine dritte Elektrode auf einem isolierenden Substrat und ein leitendes Substrat aufweist, wobei
das Druckmedium zwischen der dritten Elektrode und dem leitenden Substrat eingefüllt ist.

12. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der vierte Kondensator ein Paar kammförmiger Elektroden aufweist, die ineinander verschachtelt auf eine Ebene des isolierenden Substrats ausgebildet sind und das Druckmedium dazwischen eingefüllt ist.

13. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei
der dritte Kondensator eine dritte Elektrode auf einem isolierenden Substrat und einem leitenden Substrat aufweist, wobei
Vakuum zwischen der dritten Elektrode und einem leitenden Substrat im wesentlichen aufrecht erhalten wird, und
ein Teil des leitenden Substrats, der dem dritten Kondensator entspricht, in vorbestimmter Dicke ausgebildet ist, indem ein Plasma-Ätzvorgang an beiden Seiten des leitenden Substrats durchgeführt worden ist.

14. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend
eine zweite Membran, welche in Abhängigkeit eines Differentialdrucks zwischen dem ersten und dem zweiten Druck seine Position verändert,
eine dritte Elektrode, die an einer Ebene gegenüberliegend der Membran ausgebildet ist und zusammen mit der zweiten Membran einen vierten Kondensator bildet, und
eine vierte Elektrode gegenüberliegend einer zweiten Ebene der zweiten Membran und zusammen mit der zweiten Membran einen fünften Kondensator bildet.

15. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 14, weiterhin aufweisend Schalteinrichtungen zum Schalten der Verbindung zwischen den ersten fünf Kondensatoren und der Detektoreinrichtung und zum wahlweises Übertragen eines der Ausgänge der ersten fünf Kondensatoren zu der Detektoreinrichtung.

16. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch
einen sechsten Kondensator, dessen Kapazität sich mit der Umgebungstemperatur der Membran ändert, wobei die
Arbeitseinrichtung Temperaturänderungen für den erhaltenen Druck ausführt, der auf der Kapazität des sechsten Kondensators basiert.

17. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Schalteinrichtungen die Verbindungen zwischen den ersten sechs Kondensatoren und der Detektoreinrichtung durchschalten und wahlweise einen der Ausgänge von den ersten sechs Kondensatoren zu der Detektoreinrichtung übertragen.

18. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 16, wobei der sechste Kondensator ein leitendes Substrat und die fünfte Elektrode umfaßt, wobei ein isolierendes Substrat dazwischen vorhanden ist.

19. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran, die erste Membran, dünner als die zweite Membran ausgebildet ist.

20. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Arbeitseinrichtung eine Mittelwertbildeeinrichtung aufweist, um einen Mittelwert aus einem Druckwert, der auf den Kapazitäten der ersten beiden Kondensatoren basiert, und einem Druckwert zu bilden, der auf den Kapazitäten des dritten und des vierten Kondensators beruht, und dann dieses Resultat als Mittelwert ausgibt.

21. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Verarbeitungseinrichtung eine Sensorauswahleinrichtung zum Auswählen eines der beiden Druckwerte aufweist, die einerseits auf den Kapazitäten der ersten beiden Kondensatoren und andererseits auf den Kapazitäten der dritten und vierten Kondensatoren beruhen und sodann einen ausgewählten Wert ausgibt.

22. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Arbeitseinrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines zusammengesetzten Signals aufweist, um nach einer vorbestimmten Methode einen Druckwert, welcher auf den Kapazitäten der ersten beiden Kondensatoren basierend berechnet worden ist, mit einem Druckwert zu kombinieren, der auf den Kapazitäten des dritten und vierten Kondensators basierend berechnet worden ist, und sodann ein Kombinationsergebnis ausgegeben wird.

23. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Arbeitseinrichtung aufweist:
eine Mittelwertbildungseinrichtung, um einen Druckwert, der auf den Kapazitäten der ersten beiden Kondensatoren beruht, und einen Druckwert zu mitteln, der auf den Kapazitäten der dritten und vierten Kondensatoren beruht, und um dann einen Mittelwert als Ergebnis auszugeben,
eine Sensorauswahleinrichtung, um einen der beiden Druckwerte auszuwählen, der einerseits auf den Kapazitäten der ersten beiden Kondensatoren basierend berechnet worden ist, und der auf den Kapazitäten der dritten und vierten Kondensatoren beruhend berechnet worden ist, und die dann einen Ausgang als ausgewählten Wert ausgibt;
eine Einrichtung, um ein zusammengesetztes Signal zu bilden, um in einer vorbestimmten Methode einen Druckwert, der auf den Kapazitäten der ersten beiden Kondensatoren basiert, und einen Druckwert zu berechnen, der auf den Kapazitäten der dritten und vierten Kondensatoren beruht, und um dann ein Kombinationsergebnis aus zugeben, und
eine Ausgangsoperationsänderungseinheit, um ein Ausgangssignal durch wahlweises Einsetzen einer der Mittelwertbildeinrichtungen, der Einrichtung für das zusammengesetzte Signal und der Sensorauswahleinrichtung.

24. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 16, aufweisend einen siebten Kondensator, der ein Druckmittel zur Übertragung des ersten Drucks auf die Membran, die erste Membran, und die zweite Membran in Sandwich-Art umgibt, wobei die Operationseinrichtung eine Veränderung durchführt, die von der Veränderung der Dielektrizitätskonstanten des Druckmediums für den Druck abhängt, der auf der Kapazität des siebten Kondensators basierend erhalten wird.

25. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Schalteinrichtung Verbindungen zwischen den ersten sieben Kondensatoren und der Detektoreinrichtung durchschaltet und wahlweise einen der Ausgänge der ersten sieben Kondensatoren zur Detektoreinrichtung ausgibt.

26. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Detektoreinrichtung aufweist:
eine Kapazitätsumwandlungseinrichtung, um die Kapazität der ersten sieben Kondensatoren in ein Impulssignal umzuwandeln;
einen Zählstromkreis, um die Anzahl von Impulsen des Impulssignals und die Erzeugungszeit für das Impulssignal festzustellen; und
einen Arbeitsstromkreis, um die Kapazität des ersten bis siebten Kondensators festzustellen.

27. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Kapazitätsumwandlungseinrichtung aufweist:
ein Schmidt-Trigger-Gate zur Erzeugung eines Impulses, bevor die Entladungsspannung eines der sieben Kondensatoren einen zweiten Schwellwert nach Überschreiten eines ersten Schwellwerts erreicht.

28. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Kapazitätsumwandlungseinrichtung aufweist
ein NAND-Gate zur Erzeugung eines Impulses, bevor die Entladespannung des ersten bis siebten Kondensators einen zweiten Schwellwert nach Erreichen bzw. Überschreiten eines ersten Schwellwerts erreicht, wenn eine Gate-Spannung einen hohen Pegel zeigt.

29. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Kapazitätsumwandlungseinrichtung aufweist:
einen Stromkreis, der zwei Widerstände und zwei Inverter oder NICHT-Stufen aufweist, um einen Impuls zu erzeugen, bevor eine Entladespannung des ersten bis siebten Kondensators einen zweiten Schwellwert nach Überschreiten des ersten Schwellwerts erreicht.

30. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Kapazitätsumwandlungseinrichtung aufweist:
einen Stromkreis mit zwei Schaltern, die an eine Konstantstromquelle und ein Gate angeschlossen sind, um einen Impuls zu erzeugen, bevor die Entladespannung des ersten bis siebten Kondensators einen zweiten Schwellwert nach Überschreiben des ersten Schwellwerts erreicht.

31. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Kapazitätsumwandlungseinrichtung einen Stromkreis aufweist, der einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand umfaßt und drei Inverter oder NICHT-Stufen aufweist, die parallel zum ersten Widerstand geschaltet sind.

32. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Kapazitätsumwandlungseinrichtung einen Stromkreis aufweist, der einen ersten und einen zweiten Widerstand, ein NAND-Gate und zwei Inverter aufweist, die parallel zum ersten Widerstand geschaltet sind.

33. Druckdetektorvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Kapazitätsumwandlungseinrichtung einen Reihenstromkreis aufweist, der seinerseits zwei Schalter enthält, die an eine Konstantstromquelle, einen Widerstand und drei Inverter angeschlossen sind.