Keramischer kapazitiver Absolutdrucksensor

Ein keramischer kapazitiver Absolutdrucksensor ist ein Sensortyp, der Aluminiumoxidkeramik als Kernmaterial verwendet und den Druck relativ zu einem absoluten Vakuumreferenzpunkt misst, indem er Kapazitätsänderungen erkennt.

 

Einfach ausgedrückt handelt es sich um einen „variablen Kondensator“, der Druck direkt in eine Kapazitätsänderung umwandelt, wobei sein Referenzhohlraum unter Vakuum hermetisch abgedichtet ist.

Seine Kernkomponente ist ein keramischer kapazitiver Sensorkern, der typischerweise mithilfe der Mehrschicht-Co--Technologie hergestellt wird:

Struktur:Es besteht aus einem Keramiksubstrat mit einer festen Elektrode und einem dünnen Keramikfilm (Membran), der als bewegliche Elektrode fungiert und bei hohen Temperaturen mithilfe einer Glasfritte miteinander verbunden wird.

Nach dem Bonden entsteht zwischen ihnen ein extrem kleiner, hermetisch abgeschlossener Vakuum-Referenzhohlraum. Dies ist der Schlüssel zur absoluten Druckmessung.

Diese Struktur bildet einen Parallel-Plattenkondensator:

• Platte 1: Die feste untere Elektrode (aufgedruckt auf dem Keramiksubstrat).
• Platte 2: Die bewegliche obere Elektrode (das Keramikdiaphragma selbst, normalerweise metallisiert).
• Dielektrikum: Vakuum (im Referenzhohlraum) und Keramik.

• Ausgangszustand:Unter absolutem Vakuum ist die Keramikmembran unverformt und der Kapazitätswert ist ein Anfangswert, C₀.
• Angewandter Druck:Wenn äußerer Druck (Absolutdruck) auf die Außenseite der Keramikmembran einwirkt, erfährt die Membran eine leichte Biegeverformung in Richtung des Vakuum-Referenzhohlraums.
• Kapazitätsänderung:Durch diese Verformung verringert sich der Abstand zwischen den beiden Kondensatorplatten.
  Gemäß der Formel für Parallel-Plattenkondensatoren C=εA/d (wobei ε die Permittivität und A die relative Plattenfläche ist) führt eine Verringerung des Abstands zu einer Erhöhung des Kapazitätswerts C.

• Signalmessung:Eine nachfolgende dedizierte Schaltung (normalerweise eine ASIC - Application-Specific Integrated Circuit) erkennt diese winzige Kapazitätsänderung, wandelt sie um, verstärkt und linearisiert sie und gibt schließlich ein standardisiertes Signal (z. B. eine Spannung oder ein digitales Signal) proportional zum absoluten Druck aus.

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