[发明专利]屏蔽式电容传感器

说明书

本发明涉及到一种压力传感器，尤其涉及一种电容压力传感器，它带有降低寄生电容影响的电路。

现有技术展示了不同的固态压力传感器，这些传感器带有一个用于检测压力的可偏移的膜片，一些是可以成批生产的。所希望的是采用相对刚性强的材料，如半导体材料做的固态压力传感器。

电容式压力传感器通过测量两块电容极板之间的电容量来测量压力。压力变化表现为电容量的变化。在一个用半导体做成的压力传感器上寄生电容会被引入电容测量中，并引起测量误差。这种寄生电容发生在电容极板和附近起着一块电容极板作用的半导体材料之间。

发表于1986年9月16日的名称为“电容式压力传感器”的美国专利4,612,599，展示了一种用硅做成的压力传感器。发表于1989年1月3日的名称为“刚性安装的应力隔离式压力转换器”的美国专利4,800,758，描述了一种可成批制造的应力隔离式的压力传感器。

本发明提供了用于电容式压力传感器的电路，它降低了寄生电容对决定工作液体压力大小的电容量测量的影响。电路包括一个可变化的检测电容，这个电容具有第一和第二电容极板，极板之间的电容作为被测参数的函数变化。每块电容极板都有相应于布设在第一和第二电容极板周围的保护板的寄生电容。提供一个参考电压源，驱动电路给第一块电容极板提供一个相对参考电位交替变化的驱动电压。与参考电位相联的检测电路产生一个虚拟的参考电位，它大体上等于参考电位，与第二块电容极板相联的电荷检测电路检测在第二块电容极板的电荷量，这样在电荷转移完成后，使第二块电容极板和保护板之间没有电位差。

图1是一个根据本发明的悬浮式膜片压力传感器的局部透视图。

图2是图1沿标记线2-2的剖视图。

图3是图1沿标记线3-3的剖视图。

图4是一个根据本发明的差分压力传感器的剖面透视图。

图5是一个根据本发明的膜片对的剖视图，示出了一组电容器。

图6是一个保护电容电路的原理图。

图7是一个差分压力传感器的剖视图，示出用于测量压力的电容极板。

图8是一个根据本发明降低寄生电容影响的电路原理图。

本发明的压力传感器薄片是用成批制造技术完成的。硅膜片或硅薄片是用通常的方式蚀刻以形成所要求的特性，然后加上适当的材料附加层形成层状结构成为传感器。在此作为参考，这样的传感器在1993年9月20日申请，并转让给了本申请的同一受让人的名称为“悬浮式膜片压力传感器”的美国专利申请中已叙述过。

用半导体材料作成的压力传感器经常产生寄生电容，这种寄生电容会引起压力测量的误差。电容的产生是因为半导体是不完全导体，而且可以充当电容器的极板，于是在用于测量压力的电容极板和周围半导体(一个保护板)之间便出现寄生电容。

图1是一个悬浮式膜片压力传感器10的局部透视图。悬浮式膜片压力传感器10包括下基片12和上基片14，下膜片衬底16粘接着下基片12，下膜片衬底16与上膜片衬底18连接在一起。下膜片衬底16带有管道20和电气接触片22和24，接管嘴26穿过上基片14伸出，上膜片衬底18包括由支撑板30支承的上膜片28。

图2是图1沿标记线2-2的悬浮式膜片压力传感器10的剖视图。图3是图1沿标记线3-3的悬浮式膜片压力传感器10的剖视图。图2和图3示出下膜片32连接上膜片28，上膜片28和下膜片32形成了一个具有膜腔34的膜片组件，腔34一般具有一个经由通道20加上的参考压力，上、下膜片28和32沿着它们的边沿连连接在一起，上膜片28和下膜片32被悬在压力输入腔36里。这个输入腔与接管嘴26连在一起。

在使用中，悬浮式膜片压力传感器被用于测试腔34和腔36之间压力差，膜腔34在压力输入腔36内膨胀或压缩以响应通过接管嘴26施加的压力的变化，这就引起上膜片28和下膜片32向膜腔34内弯曲或由膜腔34向外弯曲。液体通过管道20流进腔34或流出腔34，管道20穿过支撑板30伸出。膜片28和32的弯曲(因此被施加了压力)被电气接触片22和24检测到，这些接触片被耦合到装在膜片28和膜片32上的传感器，在一个实施例中，这些传感器就是电容极板或金属导体，膜片28带有一个电容极板，膜片32带有一个电容极板，这两个极板之间的电容由于两极板因通过接管嘴26所施加的压力产生位移而变化。在另一个实施例中，电气接触片22和24耦合到装在膜片上的应变片上，应变片的电阻随着膜片28和32的变形而变化。