JPH06507723A - 高い線形性を有する圧力測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高い線形性を有する圧力測定装置 本発明は、振動板を有する圧力センサ装置を備え、前記振動板の圧力に依存した 撓みを圧力に依存した測定容量を形成する測定電極を用いて容量的に検出可能で あり、かつ容量測定によって圧力を導出する評価回路を備え、該評価回路の伝達 関数は、前記測定容量と基準容量との差に正比例しかつ別の容量に反比例する、 圧力測定装置に関する。

冒頭に述べた形式の公知の圧力測定装置は、第１７図ないし第１９図に示されて いる。全体が参照番号１で示されておりかつ第１７図では平面図にて、また第１ ９図では断面図にて示されている圧力センサ装置は、基準圧力室３を形成するセ ンサ体２を有しており、その際基準圧力室は振動板４が上に緊張固定されている 。振動板４は、圧力に依存した測定容量Ｃ１を形成する内側の、円形の電極５と 、実質的に圧力に無関係な基準容量Ｃ，−を形成する外側の、実質的にリング形 状の電極６とを有している。

この公知の圧力測定装置に対する評価回路は第１８図に示されておりかつ直流電 圧源Ｕ、を有している。

基準容量ＣＦは、第１のスイッチング素子Ｓ１を介して選択的に直流電圧源Ｕ０ または演算増幅器の反転入力側に接続可能であり、演算増幅器の非反転入力側は アースに接続されている。反転入力側と出力側との間にコンデンサＣｋが設けら れている。測定容量Ｃ，は一方の電極が、第２のスイッチング素子Ｓ２を用いて 択一的に演算増幅器ＯＰｖの反転入力側かまたは出力側に接続可能であり、−力 測定コンデンサＣ８の他方の電極はアースに接続されている。直流電圧源Ｕ０の 電圧が加わる加算点ＳＰに、負の極性を有する演算増幅器ＯＰｖの出力電圧が供 給される。当業者には、演算増幅器の出力電圧が基準容量Ｃｒに比例しかつ測定 容量Ｃ６に反比例することは自明のことである。この電圧は負の極性を有する加 算点ＳＰに供給されるので、この公知の回路は次の伝達関数を有する：以下の説 明により、電極５．６が取り付けられている振動板４の、第１９図に示された撓 みは、測定すべき圧力に依存した出力信号の非線形性を来すことが明らかである 。

振動板の撓みｗ　（ｒ）に対して、振動板の厚さがその直径に比して著しく小さ くかつ撓みＷより大きいことを前提とすれば、次式が成り立つ： 上式中ｒは考察の半径、Ｒは振動板の半径、ｐは圧力およびＤは曲げ強さである 。曲げ強さに対して、次式％式％： ただしＥは弾性係数、ｈは振動板の厚さく第１９図参照）およびνは横方向収縮 比である。

センサ容量に対して次の積分式が成り立つ：ｒ＊Ｒ ただしε０は真空−誘電体定数であり、「＊は正規化された半径である。積分式 の解は、センサ容量ｃ３に次のように依存している： 式（４）には、新たに導入された定数として、基本容量ｃｏおよび当接圧力１） ｏが含まれている。これらの量に対して、次の式が成り立つ： （５）　Ｃ５（０）＝ｒ＊２・Ｃｏ：「本＝ｒ／Ｒ（第１９図参照）第１８図の 評価回路の伝達関数Ｆ並びに式（４）に表されているように、センサ容量Ｃ１の 圧力依存性から、公知の圧力測定装置は、出力電圧と圧力との非線形の関係を示 していることがわかる。

センサ容量の特性曲線は第１次近似において双曲線形であるので、逆数値形成に よっである程度の線形化を実現することができるが、このことは、第１８図の回 路では公知技術によれば、センサ容量Ｃ１を評価回路の帰還結合路内に組み込む ことによって行われる。

公知技術によるこの種の回路は、評価回路の入力側に測定容量がありかつ基準容 量が帰還結合路にある圧力測定装置に比してほぼ４ないし５倍だけ線形である。

しかし測定容量またはセンサ容量Ｃ，の特性曲線は正確な双曲線関数ではないの で、第１７図ないし第１９図の圧力測定装置を用いて誤差関数における零点を発 生することはできない。

専門文献１＾Ｃ１１０Ｓ−Ｒｅａｄｏｕｔ−＾ｍｐｌｉｆｉｅｒ　Ｆｏｒ　Ｉｎ ｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”　（１１，ＳｃｈＱ ｎｅｂｅｒｇ等著、Ｅ。

Ｄ、Ｆｒｏｎｔｉｅｒｅｓ　１９９０年、第１３３ないし１３６頁）には、圧力 に無関係な基準容量分だけ低減された、圧力に依存した測定容量に比例している 精密な伝達関数を有する評価回路を備えた圧力センサ装置が示されている。伝達 関数の分母に指定されている別の容量は一定の量である。この回路は、容量セン サの容量値を検出し、ひいては容量圧力センサの容量値を測定するためにも用い られる。容量圧力センサおよび評価回路を有するこの圧力センサ装置は、そこで 参照符号Ｃ３ＥＮ１．Ｃ３ＥＮ２で示されている唯一の圧力に依存した容量に対 して定められている。公知の評価回路の別のすべての容量は、一定の、圧力に無 関係な量である。

上述したように、この公知の圧力測定装置は、圧力とセンサ容量との間の非線形 の依存性のために同様に非線形である出力電圧を有している。

本発明の課題は、この公知技術から出発して、高められた線形性を有する圧力測 定装置を提供することである。

この課題は、本発明によれば、次の構成を有する圧力測定装置によって解決され るニ ー圧力センサ装置を備え、該圧力センサ装置は振動板を有し、該振動板の圧力に 依存した撓みが、前記振動板上に配置されている、圧力に依存した測定容量を形 成する測定電極を用いて容量的に検出可能であり、−容量測定によって圧力を導 出する、次の伝達関数を有する評価回路を備え： ただしＣ１は測定容量であり、Ｃｒは一定の基準容量でありかつＣ７は別の容量 であり、かつ−前記側の容量を形成する別の電極を備え、該別の電極は、前記振 動板上に、前記側の容量が圧力に依存しているように形成されており、 前記測定電極および前記側の電極はそれぞれ、半径に依存して、相互に反対方向 に変化する角度広がりを有する。

本発明は、圧力センサ装置が圧力に依存した、別の容量Ｃ７を形成する別の電極 を有しかつ伝達関数が別の容ｊｉＣｆによって割算された、測定容量Ｃ，と基準 容量Ｃｒとの差に比例する評価回路が使用されるとき、圧力測定装置の改良され た線形性を実現することができるという基本構想から出発している。このような 付加的な、圧力に依存した容量Ｃ１を上述の伝達関数を有する評価回路に使用す ることによって、誤差関数ｆに零点を発生することができる。伝達関数Ｆにおい て、測定容量Ｃ１および基準容量Ｃ，，の差は、帰還結合容量として接続されて いる別の容量Ｃｔによって、所望の圧力領域の中央において誤差関数ｆにおける 零点が生じるように、重み付けされる。これにより、本発明の対象では、公知の 圧力センサ装置の二乗線形性誤差が除去される。

線形性を高めるために本発明によれば、この基本構想から出発して、両方とも振 動板上に配置されている測定電極および別の電極はそれぞれ、半径に依存して相 互に反対方向に変化する角度の広がりを有している有利な実施例はその他の請求 項に記載されている。

次に、添付図面を参照して、圧力測定装置の有利な実施例について詳細に説明す る。

第１図は、基本構想に従った圧力測定装置の圧力センサ装置の第１実施例を示す 略図であり、第２図は、第１図に示された、圧力測定装置の圧力センサ装置に対 する評価回路の第１実施例を示す回路略図であり、 第３Ａ図および第３Ｂ図は、基本構想に従った圧力測定装置に対する圧力センサ 装置の第２実施例を示す略図であり、 第４図は、第３Ａ図、第３Ｂ図に示された、圧力測定装置の圧力センサ装置の第 ２実施例に対する評価回路の第２実施例を示す回路略図であり、 第５図は、基本構想に従った圧力測定装置の圧力センサ装置の第３実施例を示す 略図であり、第６図は、第５図に示された、圧力測定装置の圧力センサ装置に対 する評価回路の第３実施例を示す回路略図であり、 第７図は、第６図の回路内の制御信号の時間経過を示す線図であり、 第８八図ないし第８Ｄ図は、関数の正規化を説明するための線図であり、 第９図は、公知技術に従った圧力測定装置の線形誤差と測定圧力に依存した基本 構想に従った圧力測定装置の線形誤差とを対比して示す線図であり、第１０図は 、本発明の圧力測定装置の圧力センサ装置の第４実施例の測定電極および別の電 極の半径に依存した角度の広がりを示す線図であり、 第１１図は、第１０図に示された電極装置の、正規化された半径に関した角度の 経過を示す線図であり、第１２図は、基本構想に従った圧力測定装置および本発 明の圧力測定装置の線形誤差を対比して示す線図であり、 第１３図ないし第１６図は、本発明の種々の電極装置を示す略図であり、 第１７図は、公知の圧力測定装置の圧力センサ装置の平面略図であり、 第１８図は、公知の圧力測定装置の評価回路の略図であり、 第１９図は、第１７図の圧力センサ装置の断面略図である。

第１図に示されているように、全体が参照番号１０で示されている、基本構想の 第１実施例による圧力センサ装置は、第１および第２の測定容量Ｃｍ　１．ＣＩ Ｉ　＄１を形成する、実質的に２つの扇形の電極面１１．１２と、２つの別の、 圧力に依存した容量Ｃｒ１．Ｃｒ２を形成する、同様に実質的に扇形の電極面１ ３．１４を有している。

これらの電極面１１，１２．１３．１４は、２つの基準電極面１５．１６に間隔 をおいて取り囲まれており、その際基準電極面１５．１６はそれぞれ、実質的に 半環状の形を有しておりかつ第１および第２の基準容量Ｃｒ１．Ｃｒ２を形成す る。別の電極面１３．１４の面積、ひいては容量Ｃｒ１．Ｃｒ２も、測定容量Ｃ １□、０．２を形成する実質的に扇形の電極面１１．１２の面積および容量より 僅かである。測定容量Ｃ１１゜Ｃｍ　２を形成するための実質的に扇形の電極面 １１゜１２は、別の容量Ｃｒ１．Ｃｒ２を形成する実質的に扇形の電極面１３． １４の面分配に比べて振動板中央の領域において僅かな百分率面積成分を有する 。これにより、圧力に依存した別の容量Ｃｒ１．Ｃｒ２の百分率変化が圧力に依 存した測定容量Ｃａ　１．Ｃｓ、９の百分率変化より大きいようになる。測定容 量Ｃｓ　１１　Ｃ＠　２および別の容量Ｃｒ１．Ｃｒ２のこの形式の圧力依存性 の構成は、圧力センサ装置の線形性の一層の改善に貢献する。測定容量Ｃｓｌ、 Ｃｍ２の圧力依存性に関連した、別の容量Ｃｒ１．Ｃｒ２の一層強い圧力依存性 は、第１図に図示の実施例では、実質的に扇形の電極面１１．１２がその内側の 半径領域において円形の切欠部を有し、一方案質的に扇形の、別の電極面１３． １４が中心領域において半円形状の電極面要素１７．１８に移行していることに よって実現される。

第２図には、評価回路の第１実施例が示されている。直流電圧源Ｕ。は、第１な いし第２スイツチ２０゜２１を用いて交番する極性において第１ないし第２の回 路点２２．２３に印加可能である。回路点２２．２３の間に、一方において第１ の測定容量０．１と第２の基準容量Ｃ１２との直列接続と、他方において第１の 基準容量Ｃｒ　１と第２の測定容量０．２との直列接続が設けられている。それ ぞれの測定容量Ｃｍ　１．Ｃ＠　２および基準容量Ｃｒ　１−　Ｃｒ　２の共通 の接続点は、差動増幅器２４の入力側に接続されている。この差動増幅器２４の 反転入力側と非反転出力側との間に、第１の、圧力に依存した別の容量Ｃｒ　１ が設けられている。

非反転入力側と反転出力側との間に、第２の、圧力に依存した別の容量Ｃｒ　２ が設けられている。これらの別の圧力に依存した容量Ｃｒｙ、Ｃｒ２に並列に、 第３および第４のスイッチ２５．２６が設けられている。

これらのスイッチは、これらの容量の放電のためにスイッチ２０．２１の操作に 同期して第１および第２の制御信号ＴＩ、Ｔ２によって制御される。

第３Ａ図、第３Ｂ図および第４図に図示の圧力センサ装置および評価回路の第２ 実施例の以下の説明において、第１図および第２図の実施例と同じ部材および同 じ回路要素には同じ参照記号ないし番号が付されているので、以下に、第２実施 例の圧力センサ装置並びに評価回路の、第１実施例のそれぞれとの相異点に限り でのみ説明する。

第３Ａ図には、振動板上での電極の配置が示されており、一方策３Ｂ図には、セ ンサ体２の基板における対向する電極の配置が示されている。第３Ｂ図の配置は 、第１図に示された構造に相応している。第３Ａ図の振動板側の相応する対向電 極は、同じ参照番号だが、ダラシが付されている。基本電極において、第１の基 準電極面１６は、第１の、別の扇形の電極面１３および第１のセンサ電極１１に 接続されている。同様に、第２の、別の扇形の電極面１４は第２の基準電極面１ ５および第２のセンサ電極１２に接続されている（接続点２２および２３の接続 に相応；３つのコンデンサが接続されている）。

振動板電極側において、第１の、扇形の電極面１１′は、第２の基準電極面１５ ′に接続されている。同様に、第２の、扇形の電極面１２′は、第１の基準電極 面１６′に接続されている。振動板電極側における２つの基準電極面１５’、１ ６’　は、第１および第２の接続点Ｋｌ、に２を備えている。同様に、この側に おいて、２つの、別の電極面１３’、１４’　は第５および第６の接４点に５． に６を備えている。

基本電極側において、２つの基準電極面１５．１６は第３および第３の接点に３ ．に４を備えている。

第４図において、第２図の切換スイッチ２０．２１に代わって、同じ目的のため に単純なスイッチ２０′、２０’、２１’　、２１’が設けられている。わかる ように、第１の回路点２１は第１の接点に１に接続されておりかつ第２の回路点 ２３は第２の接点に２に接続されている。第３の接点に３は、差動増幅器２４の 反転入力側に接続されている。第４の接点に４は、この増幅器の非反転入力側に 接続されている。これらの入力側とアースとの間に、２つの、別の寄生容量ＣＭ １、ＣＭ□が存在している。

別の圧力に依存した容量Ｃｒ１．Ｃｒ２に直列に、第５および第６のスイッチ２ ７．２８が設けられており、これらのスイッチはそれぞれ、スイッチ２１’、２ ０″も操作する第２の時間信号Ｔ２によって操作される。別の、圧力に依存した 容量Ｃｒ　１、Ｃｒ　２およびこれらと直列に接続されたスイッチ２７．２８に 並列にそれぞれ、保持容量ＣＨ１＋ＣＨ２と第７および第８のスイッチ２９．３ ０から成る直接接続が設けられている。これらのスイッチは、スイッチ２０’、 ２１’を閉成する制御信号Ｔ１に比して時間遅延されている遅延された信号Ｔ１ ′によって閉成される。保持容量ＣＩ（１、ＣＨ２および第７および第８のスイ ッチ２９．３０並びに別の、圧力に依存した容量Ｃｒｙ、Ｃｒ２および第５およ び第６のスイッチ２７．２８の共通の回路点は、第９および第１０スイッチ３１ ．３２ないし第１１および第１２スイッチ３３．３４を解して、第１の制御信号 Ｔ１ないし遅延された第２の制御信号Ｔ、Ｊの発生の都度電圧源ＵＭに接続可能 である。

第５図には、圧力センサ装置の第３の実施例が示されている。第５図に図示の圧 力センサ装置の、第１図ないし第３Ｂ図の圧力センサ装置と一致する部分には、 同じ参照番号が付されているが、区別するために記号ａが付加されている。従っ て同じかまたは類似の部分についての説明は省略する。

第５図の圧力センサ装置１ａは、第１図および第３Ｂ図の圧力センサ装置とは、 唯一の基準電極面１５ａが実質的に殆ど完全に閉じたリングの形において存在し ている点で大幅に異なっている。この基準電極面１５ａは、唯一の基準容量Ｃ１ ，を形成する。

第１図、第３Ｂ図の実施例における２つの別の、実質的に扇形の電極面１３．１ ４はここでは、半円の電極面要素１７．１８の領域において、別の、圧力に依存 した容量Ｃｆを形成する唯一の、別の電極面１１ａを形成するために一緒に単一 要素を成している。

類似の方法で、第１図の実施例における２つの、実質的に扇形の電極面１１．１ ２は第５図の実施例では相互に連結されておりかつ唯一の測定容量Ｃ１を形成し ている。測定容量Ｃ，、別の、圧力に依存した容量Ｃ１および基準容量Ｃｒは、 接続端子Ｎｌ、Ｎ２．Ｎ３において検出可能である。第５図に図示の別の接続端 子Ｎ４は、全面の、図示されていない対向電極の接触接続のために用いられる。

第６図に図示の、全体が参照番号３５で示されている評価回路は、直流電圧源Ｕ 、を有している。この直流電圧源は、既述の方法において、４つのスイッチ３６ ないし３９を介して第１ないし第２の極性において圧力センサ装置１ａの第１な いし第３の接続端子Ｎ１、Ｎ３に接続可能である。圧力センサ装置１ａの接続端 子Ｎ４は、増幅器４０の反転入力側に接続されており、その非反転入力側はアー スに接続されている。基準電極１５ａが接続されている、圧力センサ装置１ａの 第２の接続端子Ｎ２は、スイッチ４１を介してアースに接続可能でありかつスイ ッチ４２を介して増幅器４０の出力側に接続可能である。保持容量ＣＭは、帰還 結合路に並列かつスイッチ４３に直列に接続されている。スイッチ４３と保持コ ンデンサＣ）（の共通の接続点は、スイッチ４４によってアースに接続可能であ る。スイッチ３６．３９は、第２の制御信号Ｔ２によって制御される。スイッチ ３７．３８は、第１の制御信号Ｔ１によって制御される。これらの信号経過が、 第７図に示されている。同様に、スイッチ４１は第１の制御信号によって制御さ れ、一方スイッチ４２は第２の制御信号ＴＱによって制御される。スイッチ４３ ．４４は、遅延された第１ないし第２の制御信号Ｔ１′、Ｔ２′　によって制御 され、その際これらの信号は第１および第２の制御信号に比して時間的に遅延さ れている。

冒頭において、式（１）ないしく７）を参照して振動板形式の容量圧力センサの 圧力に依存した容量の導出過程について説明した。以下の考察において、基本構 想に従ったここまで説明した圧力センサ装置は、公知の圧力センサ装置に比べて 著しく低減された線形性誤差を有していることを示す。この圧力センサ装置の線 形性誤差は簡単な試みに基づいて最適化されるのみならず、計算的にも最適化さ れる。このことは、次のように導出される式に基づいて行うことができる。

第１図に図示の構造を有する基準容量は、リング状の容量として式（４）から次 のように計算される：（８）　Ｃ、（ｐ）＝Ｃ（ｐ、ｒｎ−Ａ）　Ｃ（ｐ、ｒｎ 　、ｔ）ただしｒｎ、＾はリングの正規化された外径であり、ｒｎは正規化され た内径である。

圧力が加えられていない場合に対して、次の基本容量値が成り立つ： （９）　Ｃｒ（０）＝（ｒｎ２．＾−ｒ＊２．ｚ）−ｃ。

評価回路の伝達関数Ｆは次の通りである：第３Ｂ図に示されているように、角度 παは、別の、扇形の電極面１３．１４の弧度である。ｒ１＊は、半円形状の電 極面１７．１８の半径である。ｒ、１＊は、扇形の電極面の内径である。ｒ、２ ＊　はその外径である。「ｒ１＊　は、基準電極面の内径を表し、その外径Ｒは 、最初に述べた半径を正規化するための基準量として用いられる。

これらの量によって、式（１０）から、伝達関数Ｆに対する次の式が得られる： この式において、α、はセンサ電極に関連し、α。

は基準電極に関連しかつα１は帰還結合電極に関連する。

第８Ａ図ないし第８Ｄ図を参照して、関数の正規化について説明する。第８Ａ図 には、伝達関数Ｆの圧力に依存した経過が示されており、その際Ｆ１は最大値を 表しかつＦＯは最小値を表す。

第８Ｂ図には、Ｆ（ｐ）　Ｆｏの経過が図示されている。

第８Ｃ図には、第８Ｂ図の曲線が変位に関連して示されており、即ち これにより、第８Ｄ図に示された線形性誤差に対する次の式が成り立つ： 線形性誤差ｆ　（Ｆ）は、例えばレーベンベルクーマルカルド方法のような計算 機支援最適化方法を用いて次のパラメータの変化によって最適化される：α：　 扇形の電極面１３．１４の角度；ｒｌ　：　電極面要素１７．１８の半径；ｒｒ ：　基準電極１５．１６の内径； ｒ、：　センサ電極１１．１２の外径。

次の目標関数が前以て定められた： ＦＡ＝Ｆ　（ｐ＝ｏ）→０： ＦＢ＝Ｆ　（ｐ＝ｏ、５　ｐｒｎｍ　、）−０，５→０；ＦＣ＝Ｆ　（ｐ＝ｐ□ −−）−１→０：およびＦ　Ｄ　”　ｒ　ｍ　＋　ｄ　ｒｎ　ｔ　ｎ　ｒ　ｒ→ ０゜ただしｐ　ｔｖｓ　ｍ　ｘは加えられる最大の定格圧力であり、ｄ−１゜は 電極の最小間隔である。

入力分岐に容量圧力センサ要素を有する公知の圧力センサ装置に対する正規化さ れた出力電圧の式（１２）に従った線形性誤差が、第９図においてｆ（Ｃ，）に よって示されている。公知技術の改良された回路の線形性誤差は第９図において によって示されている。

更に第９図かられかるように、 で表される回路の線形性誤差は、２つの電極によって達し得る最良の線形性誤差 曲線に比べて約１０倍改良されている関数である。

４つのパラメータを用いた上述の最適化に代わって線形化のために別のパラメー タが使用されるとき、線形性のもう一度の改良が実現される。

例えば第１図を参照して説明したようなセンサ装置に対して、本発明では、測定 電極１１ｂおよび別の電極１３ｂはそれぞれ、その半径に依存して、相互に逆方 向に変化する角度の広がりを有している。従って、この実施例では、圧力に依存 した測定電極１１ｂおよび圧力に依存した別の電極１３ｂは、半径に依存した角 度経過α（ｒ）を有する境界線によって相互に分離されている。測定電極および 別の電極は、実質的に同じにとどまる間隔ｄ−だけ相互に分離されている。この 間隔は、その都度の角度経過α（ｒ）に対して垂直である上述の電極１１ｂ、１ ３ｂの間隔に関連している。

これらの２つの圧力に依存している測定電極１１ｂ、１３ｂは、間隔ｄ−によっ て形成されている上述の間隔領域を除いて、０．７４の正規化された半径まで振 動板４ｂの領域に一致し、一方ここに図示の実施例における基準電極１５ｂは、 ０．７８ないし０．９７の正規化された半径領域内の半径方向の外側の環状領域 に一致する。

殊に、第１０図、第１３図、第１４図、第１５図および第１６図の比較から明ら かであるように、それぞれ第１０図に図示の電極領域と一致する、任意の外側の 結合の点対称の部分電極対を設けることができる。

勿論、唯一の振動板上に、唯一の測定電極および唯一の別の電極並びに唯一の基 準電極のみを実現することも可能である。この場合、電極の第２の半部は第１０ 図に図示の電極半部にミラ一対称に接続することができ、その結果測定電極も別 の電極もこの場合それぞれ２倍に大きさの角度広がりを有している。それ以上有 利ではないとしても、全円面を、例えば１／４円または１／８円へ更に分割する ことも考えられ、その場合それぞれの円に、相互の境界の半径に依存した角度経 過を有する１つの測定電極および別の電極が形成されることになる。この場合、 第１１図に示されている角度は、１８０°の半円ではなくて当該のセグメントに 関連付けなければならない。

第１０図かられかるように、そこに示された角度経過α（ｒ）は実質的に、別の 、圧力に依存した容量Ｃｆ１を形成する別の電極１３ｂの角度の広がりに相応す る。反対にここでは、測定電極１１ｂの角度経過は、半径に依存した角度経過α （ｒ）の値だけ低減された値１８０６に相応する。

換言すれば、２つの、圧力に依存した電極１１ｂ。

１３ｂの両方の半径方向の広がりは、第１０図の実施例では上記の間隔ｄ−を除 いてそれぞれ１８０°に形成される。しかし既述のように、この角度は、３６０ ゜の全円または全円の任意の部分に形成することもでき、その際最後に述べた場 合には相応に繰り返されるノくターンが生じる。

第１１図には、正規化された半径に関連付けられた半径に依存した角度経過が示 されている。既述のように、基準電極１５ｂは、約０．７８ないし０．９７の正 規化された半径領域にある。それ故に測定電極ｆｌｂおよび別の、圧力に依存し た電極１３ｂは、０．７４の正規化された半径までしか延在していない。角度経 過は、９０°の値にある中心点において始まり、０゜１４の正規化された半径に ある約１１５°の値まで連続的に上昇し、約０．１８　の正規化された半径にあ る約１１１°の第１の僅かな最小値を示し、約０．２４にある正規化された半径 において約１１６°の次の、僅かな最大値を示し、それから約０．３７５　の正 規化された半径において生じる、９０°の最小値まで連続的に低下し、これに続 いて０．５　の正規化された半径にある約１１８’の顕著な最大値までの連続的 な上昇が示されている。これに続いて、半径に依存した角度は、０．７４　の正 規化された半径において達成される、０°の値まで低下する。

第１３図および第１４図ないし第１５図および第１６図は、それぞれ関連した電 極対を示している。第１３図および第１４図の上側および下側の電極は、第１０ 図を参照して説明した形状に相応する同じ形状を有している。第１５図および第 １６図の電極対は次の点で相異している。即ち、第１６図の対向電極が全円電極 として形成されており、一方振動板上に形成されている、第１５図の電極構造が 、第３図とは異なって、２つの別の、圧力に依存した電極Ｃｆが、中心点を通る ウェブを介して相互に連結されており、一方２つの測定電極Ｃ１が、半径方向に おいて延在するウェブを介して連結されているように形成されている。

第１３図および第１４図に図示された電極構造（電極および対向電極）は、第４ 図に図示の差動増幅器によって作動されるのに適している。これに対して第１５ 図および第１６図の簡単化された電極一対向電極構造は、第７図の簡単な増幅器 回路によってしか作動することができない。

第１２図において、第１図ないし第９図を参照して説明したような基本構想に従 った圧力センサ装置の誤差関数ないし線形性誤差が、本発明の圧力測定装置と比 較されている。本発明の手段によって、拡張された圧力領域にわたって０．０１ 　パーセントより僅かな非常に小さな最大の線形性誤差が得られることがわかる 。最大圧力領域はきっかり、相互に対向する電極が接する所謂当接圧力ｐＯ下に ある。圧力測定装置における動作圧力領域は、第１図ないし第９図を参照して説 明したような、基本構想に従った圧力測定装置に比べて２倍以上になる。

Ｎ２ 特表千６−５０７７２３　（９） フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、　ＣＡ、ＪＰ、　ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．−圧力センサ装置を備え、該圧力センサ装置は振動板（４ｂ）を有し、該振 動板の圧力に依存した撓みは、振動板（４ｂ）上に配置されている、圧力に依存 した測定容量（Ｃｍ）を形成する測定電極（１１ｂ）を用いて容量的に検出可能 であり、−容量測定によって圧力を導出する、次の伝達関数を有する評価回路を 備え： ▲数式、化学式、表等があります▼ ただしＣｍは測定容量であり、Ｃｒは一定の基準容量でありかつＣｆは別の容量 であり、かつ−別の容量を形成する別の電極（１３ｂ）を備え、該別の電極は、 前記振動板（４ｂ）上に、前記別の容量が圧力に依存しているように形成されて おり、前記測定電極（１１ｂ）および前記別の電極（１３ｂ）はそれぞれ、半径 に依存して相互に反対方向に変化する角度広がりを有する 圧力測定装置。 ２．前記測定電極（１１ｂ）および前記別の電極（１３ｂ）は、実質的に同じに とどまる間隔（ｄｍ）をもって相互に半径に依存している角度経過（α（ｒ）） に従う 請求項１記載の圧力測定装置。 ３．角度経過（α（ｒ））は実質的に、別の電極（１３ｂ）の半径方向の広がり に相応し、かつ前記測定電極（１１ｂ）の半径方向の広がりは実質的に、前記別 の電極（１３ｂ）の半径方向の広がりに対して相補的である 請求項２記載の圧力測定装置。 ４．測定電極（１１ｂ）の半径方向の広がりは実質的に、半径に依存している角 度経過（α（ｒ））の値だけ低減された１８０°である 請求項３記載の圧力測定装置。 ５．半径に依存している角度経過（α（ｒ））は、該角度経過（α（ｒ））が測 定電極（１１ｂ）および別の電極（１３ｂ）の半径方向の外側の領域（ｒ＝０． ７４）が０°に接近する前に、約９０°から出発して中心点領域において１１０ °と１３０°との間で最大値をとる 請求項２から４までのいずれか１項記載の圧力測定装置。 ６．圧力センサ装置は、基準容量（Ｃｒ）を形成する基準電極（１５ｂ）を有し 、該基準電極は、振動板（４ｂ）の半径方向の外側の領域において形成されてい る 請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力測定装置。 ７．基準電極（１５ｂ）は、約０．７８と約０．９７との間の正規化された半径 領域に配置されている請求項６記載の圧力測定装置。 ８．正規化された半径（ｒ＊）に関連付けられた半径に依存した角度経過は０． １および０．２５の間の正規化された半径領域において１００°と１２０°との 間にあり、約０．３７５の正規化された半径において約９０°の最小値をとり、 ０．４５および０．５５の間の正規化された半径領域において、該角度経過が約 ０．７４の正規化された半径において０°に向かう前に、１１０°と１２５°と の間に最大値に達する 請求項５および請求項６に関連した請求項７記載の圧力測定装置。