DE102008025236B4

DE102008025236B4 - Capacitive sensor and a method for producing a capacitive sensor

Info

Publication number: DE102008025236B4
Application number: DE200810025236
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof. Dr. Kueck; Volker Mayer; Adrian Schwenck; Karl-Peter Fritz
Original assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Current assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2028-05-28
Also published as: DE102008025236A1; WO2009143989A1

Abstract

Kapazitiver Sensor zum Erfassen einer Messgröße, mit:
einem Hohlraum (10) mit einer seitlichen Ausdehnung (B), wobei der Hohlraum (10) eine im Vergleich zu der seitlichen Ausdehnung (B) schwach nach außen gewölbte Außenwand (20) aufweist, wobei in dem Hohlraum (10) eine dielektrische Flüssigkeit (30), die einen Teil (40) des Hohlraums (10) freilässt, einbringbar ist, und wobei der Teil (40) eine andere Dielektrizitätskonstante als die der dielektrischen Flüssigkeit (30) hat; und
einer ersten Flächenelektrode (50), die an einer Seitenwand des Hohlraums (10) ausgebildet ist, und einer zweiten Flächenelektrode (60), die an einer der Seitenwand gegenüberliegenden Seitenwand ausgebildet ist, wobei die erste und zweite Flächenelektrode (50, 60) in dem Hohlraum (10) derart ausgebildet sind, dass eine Bewegung (Δs) des Teils (40) in der dielektrischen Flüssigkeit (30) entlang der nach außen gewölbten Außenwand (10) ansprechend auf die Messgröße zu einer Kapazitätsänderung zwischen der ersten und zweiten Flächenelektrode (50, 60) führt,...Capacitive sensor for detecting a measured variable, with:
a cavity (10) having a lateral extent (B), wherein the cavity (10) has a slightly outwardly curved outer wall (20) compared to the lateral extent (B), wherein in the cavity (10) a dielectric liquid (10) 30) exposing a portion (40) of the cavity (10), and wherein the portion (40) has a dielectric constant other than that of the dielectric fluid (30); and
a first area electrode (50) formed on a side wall of the cavity (10) and a second area electrode (60) formed on a side wall opposite to the side wall, the first and second area electrodes (50, 60) being disposed in the one side wall Cavity (10) are formed such that a movement (Δs) of the part (40) in the dielectric liquid (30) along the convex outer wall (10) in response to the measured variable to a capacitance change between the first and second surface electrode (50 , 60) leads, ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Sensor und auf ein Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Sensors und insbesondere auf einen kapazitiven Neigungssensor zur hochgenauen Messung kleiner Verkippungen.The The present invention relates to a capacitive sensor and to a method of making a capacitive sensor and in particular to a capacitive tilt sensor for highly accurate Measurement of small tilting.

Kapazitive Sensoren können für eine Vielzahl von Anwendungen aus den Bereichen Haushalt, Industrie und Forschung eingesetzt werden. Beispiele dafür sind Neigungssensoren, welche als Überschlagssensoren in Kraftfahrzeugen, als Überwachungssensoren von Alarmanlagen in Fahrzeugen und Gebäuden und als Positionssensoren in automatisierte Maschinen, Bügeleisen, Waschmaschinen etc. eingesetzt werden können. Ein konkretes Beispiel ist das Feststellen einer Neigung eines geparkten Fahrzeugs, um den Fahrzeugführer auf die Gefahr des Wegrollens des Fahrzeuges hinweisen zu können.capacitive Sensors can for one Variety of applications from the areas of household, industry and Research be used. Examples of this are inclination sensors, which as rollover sensors in motor vehicles, as monitoring sensors of alarm systems in vehicles and buildings and as position sensors in automated machines, irons, Washing machines etc. can be used. A concrete example is detecting a tilt of a parked vehicle in order to the driver to be able to point out the danger of rolling away the vehicle.

Eine Reihe von konventionellen Sensoren wird eingesetzt, um durch die Erfassung einer messgrößenabhängigen Kapazitätsdifferenz einer Kondensatoranordnung eine Messgröße, wie beispielsweise die Neigung bezüglich einer horizontalen Fläche, zu ermitteln.A Series of conventional sensors is used to through Acquisition of a capacity-dependent capacity difference a capacitor arrangement, a measured variable, such as the Inclination regarding a horizontal surface, to investigate.

Hierfür werden beispielsweise konventionelle Neigungssensoren eingesetzt, die über eine Messung einer Differenzkapazität bei neigungsbedingten Änderungen der überdeckten Fläche einer mit einem elektrisch leitfähigen Pendel gebildeten Differenzial-Kondensator-Anordnung die Neigung bestimmen. Weitere konventionelle kapazitive Sensoren führen eine Differenzkapazitätsmessung durch, wobei eine neigungsbedingte Änderung einer Anordnung einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit gegenüber den von ihr zum Teil überdeckten Kondensatorelektroden ermittelt wird.For this will be For example, conventional tilt sensors are used which have a Measurement of a differential capacity in case of inclination changes the covered ones area one with an electrically conductive Pendulum formed differential capacitor arrangement the inclination determine. Other conventional capacitive sensors lead one Differential capacitance measurement by, wherein a slope-induced change of an arrangement of an electrically conductive liquid across from partly covered by her Capacitor electrodes is determined.

Darüber hinaus können herkömmliche Kapazitätssensoren eingesetzt werden, um den Drehwinkel einer Welle mittels einer Messung einer winkelabhängigen Differenzkapazität einer Differenzial-Kondensator-Anordnung zu detektieren. Dabei lässt sich die Differenzial-Kondensator-Anordnung über eine mit der Welle verbundene elektrisch leitfähige Scheibe realisieren.Furthermore can conventional capacitance sensors used to measure the angle of rotation of a shaft by means of a measurement an angle-dependent differential capacitance to detect a differential capacitor arrangement. It can be the Differential capacitor arrangement via a connected to the shaft electrically conductive Realize the disc.

Konventionelle Kapazitätssensoren sind zwar in der Lage, Neigungen und Drehungen in einem großen Winkelbereich messen zu können, weisen jedoch eine geringe Sensitivität hinsichtlich kleiner Verkippungen oder Neigungen auf. Ein solcher Neigungssensor ist beispielsweise in DE 4141324 A1 offenbart, bei dem der Hohlraum zylindrisch geformt ist. US 5079847 offenbart einen weiteren kapazitiven Neigungssensor, bei dem die Elektrodenformen derart ausgebildet sind, dass Neigungen bezüglich zwei senkrecht zueinander stehenden Drehachsen gemessen werden können. Neben den kapazitiven Neigungssensoren gibt es noch resistive Sensoren, wie sie beispielsweise in DE 19821923 A1 beschrieben sind. Auch diese Beispiele sind sensitiv über einen großen Winkelbereich. Für viele Anwendungen ist es jedoch nicht erforderlich, Neigungen oder Drehungen in einem Winkelbereich zwischen 0 und 360° oder zwischen 0 und 180° festzustellen, sondern es ist stattdessen ausreichend, Neigungen in einem Winkelbereich zwischen beispielsweise 0 und 30° möglichst exakt zu bestimmen und insbesondere kleine Neigungsänderungen in einem Winkelbereich von wenigen Grad oder Bruchteilen eines Grads genau festzustellen.Although conventional capacitance sensors are capable of measuring inclinations and rotations over a wide range of angles, they have low sensitivity to small tilting or inclinations. Such a tilt sensor is for example in DE 4141324 A1 disclosed in which the cavity is cylindrically shaped. US 5079847 discloses another capacitive tilt sensor in which the electrode shapes are formed such that inclinations with respect to two mutually perpendicular axes of rotation can be measured. In addition to the capacitive inclination sensors, there are still resistive sensors, such as those in DE 19821923 A1 are described. These examples are sensitive over a wide range of angles. For many applications, however, it is not necessary to detect inclinations or rotations in an angle range between 0 and 360 ° or between 0 and 180 °, but instead it is sufficient to determine inclinations in an angle range between, for example, 0 and 30 ° as precisely as possible, and in particular pinpoint small inclination changes in an angular range of a few degrees or fractions of a degree.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Sensor zu schaffen, der insbesondere Neigungen in einem kleinen Winkelbereich sehr genau messen kann.outgoing from this prior art, the present invention is the The object of the invention is to provide a capacitive sensor, in particular Can accurately measure inclinations in a small angular range.

Diese Aufgabe wird durch einen kapazitiven Sensor nach Anspruch 1 und 18 oder durch ein Verfahren nach Anspruch 19 gelöst.These The object is achieved by a capacitive sensor according to claim 1 and 18 or solved by a method according to claim 19.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein kapazitiver Sensor zum Erfassen einer Messgröße geschaffen werden kann, indem ein Hohlraum eine nach außen gewölbte Außenwand aufweist und teilweise mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllt wird, so dass ein Teil des Hohlraums frei bleibt, und der frei gebliebene Teil eine andere dielektrische Konstante aufweist als die dielektrische Flüssigkeit. Ferner wird eine erste und zweite Flächenelektrode in dem Hohlraum derart angeordnet, dass eine Bewegung des Teils in der dielektrischen Flüssigkeit entlang der nach außen gewölbten Außenwand ansprechend auf die Messgröße zu einer Kapazitätsänderung zwischen der ersten und zweiten Flächenelektrode führt.Of the The present invention is based on the finding that a capacitive Sensor created for detecting a measured variable can be, by a cavity having an outwardly curved outer wall and partially with a dielectric fluid filled is so that a portion of the cavity remains free, and the remaining free Part has a different dielectric constant than the dielectric Liquid. Further, a first and second surface electrode in the cavity arranged such that movement of the part in the dielectric liquid along the outside arched outer wall in response to the measurand to a capacity change between the first and second surface electrode leads.

Somit beschreiben Ausführungsbeispiele einen kapazitiven flüssigkeitsbasierten Neigungssensor mit einem speziellen Elektrodendesign, das dazu geeignet ist, kleinste Winkeländerungen hochgenau zu messen. Dazu ist die Elektrodenstruktur so ausgelegt, dass bei einer Verkippung des Sensors eine große Kapazitätsänderung auftritt, die mit einer hoch auflösenden Auswerteelektronik so fein gemessen werden kann, dass schon geringste Verkippungen des Sensors erfasst werden.Consequently describe exemplary embodiments a capacitive liquid-based Tilt sensor with a special electrode design suitable for this purpose is, smallest angle changes to measure with high accuracy. For this purpose, the electrode structure is designed that with a tilt of the sensor, a large capacitance change occurs, which with a high resolution Evaluation electronics can be measured so finely that even the slightest Tilting of the sensor can be detected.

Im Detail können Ausführungsbeispiele folgendermaßen realisiert sein. Ein erster Elektrodenträger ist mit einer ersten Elektrodenstruktur versehen, die von dem ersten Elektrodenträger elektrisch isoliert ist. Der ersten Elektrodenstruktur gegenüber ist eine zweite Elektrodenstruktur, die auf einem zweiten Elektrodenträger angeordnet ist, ausgebildet und ist ebenfalls elektrisch von dem zweiten Elektrodenträger isoliert. Mittels eines Distanzelements kann zwischen den beiden Elektrodenträgern ein fester Abstand eingestellt werden, so dass die erste Elektrodenstruktur und die zweite Elektrodenstruktur einen Plattenkondensator bilden. Die beiden Elektrodenträger bilden zusammen mit dem Distanzelement eine abgeschlossene Kavität (den Hohlraum), die teilweise mit einer dielektrischen Flüssigkeit (dielektrisches Fluid) gefüllt ist, wodurch die Kapazität des Plattenkondensators erhöht wird. Je größer der durch die dielektrische Flüssigkeit erreichte (oder vermittelte) Überdeckungsgrad der Elektrodenstrukturen ist, desto größer wird die Kapazität der Kondensatoranordnung.In detail, embodiments may be realized as follows. A first electrode carrier is provided with a first electrode structure that is electrically isolated from the first electrode carrier. Opposite the first electrode structure is a second electrode structure, which is located on a second electrode carrier is arranged, and is also electrically isolated from the second electrode carrier. By means of a spacer element, a fixed distance can be set between the two electrode carriers, so that the first electrode structure and the second electrode structure form a plate capacitor. The two electrode carriers, together with the spacer, form a sealed cavity (the cavity) which is partially filled with a dielectric fluid (dielectric fluid), thereby increasing the capacitance of the plate capacitor. The greater the degree of coverage of the electrode structures achieved (or mediated) by the dielectric fluid, the greater the capacitance of the capacitor array.

Wenn das dielektrische Fluid die Kavität fast vollständig ausfüllt, bildet sich an der Oberseite der Kavität beispielsweise eine Luftblase im dielektrischen Fluid. Es kann jedoch auch eine Blase eines anderen Mediums oder eine Vakuumblase gebildet werden. Bei einer Verkippung des Sensors bewegt sich die beispielhafte Luftblase immer zum höchsten Punkt der Kavität. Sind nun die Oberseite der Kavität und die Elektrodenstrukturen geometrisch geeignet gestaltet, so kann eine sich bei Verkippung gegensinnig ändernde Differenzial-Kondensator-Anordnung realisiert werden. Zum Beispiel erhöht sich eine gemessene Kapazität, währenddessen sich die andere Kapazität mit zunehmender Verkippung verringert. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die erste Elektrodenstruktur in zwei voneinander elektrisch isolierte Bereiche aufgeteilt ist, welche mit der zweiten Elektrodenstruktur jeweils einen separat auslesbaren Kondensator bilden.If the dielectric fluid almost completely fills the cavity at the top of the cavity for example, an air bubble in the dielectric fluid. It can, however also a bubble of another medium or a vacuum bubble are formed. With a tilt of the sensor, the exemplary air bubble moves always to the highest point the cavity. Now are the top of the cavity and the electrode structures designed geometrically suitable, so can realized in tilting opposing differential capacitor arrangement become. For example, increased a measured capacity, Meanwhile the other capacity reduced with increasing tilt. This can be achieved be that the first electrode structure in two electrically isolated from each other Areas is divided, which with the second electrode structure each form a separately readable capacitor.

Aus dem dargestellten Prinzip ist deutlich, dass der gemessenen Messgröße eine Bewegung der beispielhaften Luftblase entlang der gewölbten Kavität entspricht. Die Bewegung der beispielhaften Luftblase kann wie gesagt durch eine Neigung des kapazitiven Sensors erreicht werden, die zu einer Richtungsänderung der einwirkenden Schwerkraft führt und die beispielhafte Luftblase sich deshalb zu dem neuen höchstgelegenen Punkt innerhalb der Kavität bewegt. Alternativ kann die Bewegung der beispielhaften Luftblase auch dadurch verursacht werden, dass der kapazitive Sensor einer Fliehkraft oder einer anderen Kraft ausgesetzt ist, die auf die dielektrische Flüssigkeit und die beispielhafte Luftblase unterschiedlich stark einwirkt, so dass dadurch eine Bewegung der beispielhaften Luftblase verursacht wird. Auch wenn die folgenden Ausführungen sich zumeist auf eine Anwendung als Neigungssensor beschränken, wird daraus deutlich, dass Ausführungsbeispiele ebenfalls dazu genutzt werden können, um Beschleunigungsänderungen, die beispielsweise auch Fliehkräfte umfassen können, festzustellen.Out The illustrated principle is clear that the measured variable a Movement of the exemplary air bubble along the curved cavity corresponds. The movement of the exemplary bubble can be said by an inclination of the capacitive sensor can be achieved, which leads to a change in direction the acting gravity leads and the exemplary bubble is therefore the new highest Point inside the cavity emotional. Alternatively, the movement of the exemplary air bubble also be caused by the fact that the capacitive sensor Centrifugal force or another force is exposed to the dielectric fluid and the exemplary bubble acts differently, thereby causing movement of the exemplary bubble. Even if the following explanations is mostly limited to an application as a tilt sensor is From this clear that embodiments can also be used to about acceleration changes, for example, centrifugal forces can include determine.

Bei Ausführungsbeispielen ist es nicht erforderlich, die Elektroden ganzflächig innerhalb der Kavität auszubilden, sondern für eine möglichst hohe Sensitivität ist es ausreichend, dass die Elektroden in jenen Gebieten ausgebildet sind, entlang derer sich die beispielhafte Luftblase während des Betriebes oder der Nutzung des Neigungssensors für einen bestimmten Winkelbereich bewegt. Außerdem ist es möglich, die Elektrodenflächen oder die Elektrodenstrukturen durch mehrere Komponenten zu bilden, die elektrisch miteinander verbunden sein können, so dass sich ein möglichst lineares Sensorsignal in Abhängigkeit der beispielhaften Neigungsänderung ergibt. Die Linearität bezieht sich dabei auf die Abhängigkeit des Sensorsignals von der Messgröße. Wenn sich z. B. die Neigung von einem ersten Winkel auf einem zweiten Winkel verdoppelt, verdoppelt sich ebenfalls das gemessene Sensorsignal. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Elektroden derart zu wählen, dass bei sehr kleinen Winkeländerungen eine nichtlineare Messgrößenänderung auftritt, währenddessen bei größeren Winkeländerungen sich ein lineares Verhalten einstellt. Damit ist es möglich, ganz gezielt die Elektroden derart zu formen oder auszubilden, das ein Verstärkungseffekt hinsichtlich der detektierten Neigungsänderung erfolgt. In diesem Fall kann bei einer Verdoppelung des Neigungswinkels sich beispielsweise das Sensorsignal um mehr als das Doppelte ändern.at embodiments it is not necessary to form the electrodes over the whole area within the cavity, but for one possible high sensitivity it is sufficient that the electrodes are formed in those areas along which the exemplary bubble during the Operation or use of the inclination sensor for a certain angle range emotional. Furthermore Is it possible, the electrode surfaces or to form the electrode structures by multiple components, the can be electrically connected to each other, so that a possible linear sensor signal depending the exemplary change in inclination results. The linearity refers to dependency the sensor signal from the measured variable. If z. As the inclination of a first angle at a second angle Doubled, also doubles the measured sensor signal. However, it is also possible to choose the electrodes such that at very small angle changes a non-linear measurement change occurs while at larger angle changes a linear behavior sets in With that it is possible, completely selectively form or form the electrodes, the one amplification effect with respect to the detected change in inclination. In this Case can be at a doubling of the inclination angle, for example change the sensor signal more than twice.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist es ebenfalls möglich, die Kavität derart zu formen, dass sich keine beispielhafte Luftblase herausbildet, sondern dass sich der nicht durch die dielektrische Flüssigkeit gefüllte Teil sich entlang eines Kanals bewegt (z. B. als freibleibender Kanalabschnitt) und dass diese Bewegung z. B. durch eine Neigungsänderung oder, wie oben beschrieben, durch eine einwirkende Fliehkraft oder zusätzliche Beschleunigung auftritt.at further embodiments it is also possible the cavity form so that no exemplary bubble forms, but that is not due to the dielectric fluid filled Part moves along a channel (eg as a non-binding Channel section) and that this movement z. B. by a change in inclination or, as described above, by an acting centrifugal force or additional Acceleration occurs.

Ferner ist es möglich, die Elektrodenstrukturen so zu wählen, dass sich die beispielhafte Luftblase entlang der ersten Elektrodenstruktur bewegt und die zweite Elektrodenstruktur vertikal darunter (z. B. in Richtung der Schwerkraft während des Betriebes) angeordnet ist. Mit einer solchen Anordnung der Elektrodenstrukturen ist es darüber hinaus leicht möglich, einen kapazitiven Sensor zu schaffen, der nicht nur eine Neigung bezüglich einer Drehachse hoch sensitiv feststellen kann, sondern der gleichzeitig Drehungen bezüglich zweier Achsen feststellen kann. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn die nach außen gewölbte Außenwand der Kavität eine konvexe Linsenform aufweist, so dass die beispielhafte Luftblase sich bezüglich einer Fläche bewegen kann, wobei die Bewegung entlang den beiden Richtungen der Fläche Neigungen bezüglich unterschiedlichen Drehachsen entsprechen. In diesem Fall ist eine Elektrodenstruktur entlang der gewölbten Außenwand ausgebildet.Further Is it possible, to choose the electrode structures so that the exemplary air bubble along the first electrode structure moved and the second electrode structure vertically below (eg in Direction of gravity during the operation) is arranged. With such an arrangement of the electrode structures is it about it also easily possible, to create a capacitive sensor that is not just a tilt in terms of a rotation axis can detect highly sensitive, but at the same time Turns can detect two axes. This is z. B. then the case, if the outside domed outer wall the cavity has a convex lens shape, so that the exemplary air bubble with respect a surface can move, with the movement along the two directions of the area Passions concerning correspond to different axes of rotation. In this case is an electrode structure along the arched outer wall educated.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the enclosed drawings closer explained. Show it:

1 eine Querschnittsansicht durch den Hohlraum gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a cross-sectional view through the cavity according to an embodiment of the present invention;

2 eine Raumansicht eines kapazitiven Neigungssensors für die Feststellung einer Drehung um eine Drehachse; 2 a spatial view of a capacitive tilt sensor for detecting a rotation about an axis of rotation;

3 eine Querschnittsansicht durch den kapazitiven Neigungssensor der 2; 3 a cross-sectional view through the capacitive tilt sensor of 2 ;

4 ein Ersatzschaltbild für das Schalten der Elektrodenstrukturen, die in den 2 und 3 gezeigt sind; 4 an equivalent circuit diagram for the switching of the electrode structures, in the 2 and 3 are shown;

5 eine Querschnittsansicht durch die Kavität mit einer Elektrodenstruktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; 5 a cross-sectional view through the cavity with an electrode structure according to another embodiment;

6 eine Querschnittsansicht durch die Kavität mit einem ausgebildeten Kanal; 6 a cross-sectional view through the cavity with a channel formed;

7 eine Raumansicht des kapazitiven Sensors mit einer alternativen Gestaltung der Elektroden; 7 a spatial view of the capacitive sensor with an alternative design of the electrodes;

8 eine Draufsicht des in 7 gezeigten kapazitiven Sensors; und 8th a top view of the in 7 shown capacitive sensor; and

9 eine Draufsicht auf einen kapazitiven Sensor zur Feststellung von Drehungen bezüglich zwei unabhängigen Drehachsen. 9 a plan view of a capacitive sensor for detecting rotations with respect to two independent axes of rotation.

Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleiche oder gleichwirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen und somit die Beschreibung dieser Funktionselemente in den verschiedenen Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar sind.Regarding the following description should be noted that in the different embodiments the same or equivalent functional elements have the same reference numerals and thus the description of these functional elements in the various embodiments interchangeable.

1 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Hohlraum 10 eines kapazitiven Sensors, wobei der Hohlraum 10 eine nach außen gewölbte Außenwand 20 aufweist und in dem Hohlraum 10 eine dielektrische Flüssigkeit 30 eingebracht ist. Die dielektrische Flüssigkeit 30 lässt einen Teil 40 des Hohlraums 10 offen, wobei der Teil 40 entlang der nach außen gewölbten Außenwand 20 angeordnet ist und eine andere Dielektrizitätskonstante als die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Flüssigkeit aufweist. Ferner ist eine erste Flächenelektrode 50 in dem Hohlraum bzw. an einer Seitenwand des Hohlraums ausgebildet und eine zweite Flächenelektrode 60 (in der 1 nicht gezeigt) ist an einer der Seitenwand gegenüberliegenden Seitenwand ausgebildet. 1 shows a cross-sectional view through a cavity 10 a capacitive sensor, wherein the cavity 10 an exterior arched exterior wall 20 and in the cavity 10 a dielectric fluid 30 is introduced. The dielectric fluid 30 leaves a part 40 of the cavity 10 open, the part 40 along the outwardly arched outer wall 20 is arranged and has a dielectric constant other than the dielectric constant of the dielectric liquid. Furthermore, a first surface electrode 50 formed in the cavity or on a side wall of the cavity and a second surface electrode 60 (in the 1 not shown) is formed on a side wall opposite to the side wall.

Die erste Flächenelektrode 50 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Bereich 50a und einen zweiten Bereich 50b auf, wobei beide Bereiche entlang einer Trennlinie 51 elektrisch voneinander isoliert sind. Die erste und zweite Flächenelektrode 50 und 60 sind damit derart ausgebildet, dass eine Bewegung Δs des Teils 40 in der dielektrischen Flüssigkeit 30 entlang der nach außen gewölbten Außenwand 20 ansprechend auf eine Messgröße (z. B. einer Neigung) zu einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten Bereich der ersten Flächenelektrode 50a und zweiten Flächenelektrode 60 führt. Entsprechend gegenläufig verhält sich die Kapazitätsänderung zwischen dem zweiten Bereich der ersten Flächenelektrode 50b und der zweiten Flächenelektrode 60.The first surface electrode 50 has a first area in this embodiment 50a and a second area 50b on, with both areas along a dividing line 51 are electrically isolated from each other. The first and second surface electrodes 50 and 60 are thus designed such that a movement .DELTA.s of the part 40 in the dielectric fluid 30 along the outwardly arched outer wall 20 responsive to a measure (eg, a slope) of a capacitance change between the first region of the first area electrode 50a and second surface electrode 60 leads. The capacitance change between the second area of the first area electrode is correspondingly opposite 50b and the second surface electrode 60 ,

Die nach außen gewölbte Außenwand 20 weist eine nur schwach gekrümmte Oberfläche auf, so dass sich eine Flächennormale N1 entlang einer lateralen oder seitlichen Ausdehnung B der nach außen gewölbten Außenwand 20 in einen Bereich von weniger als 45° oder in einem Bereich von weniger als 20° oder in einem Bereich von weniger als 10° ändert. Alternativ kann die schwach nach außen gewölbte Außenwand 20 derart gestaltet werden, dass der doppelte Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche der Außenwand 20 größer oder mehr doppelt so groß oder zumindest fünfmal größer ist als die seitliche Ausdehnung B. Die laterale Ausdehnung B kann beispielsweise ein maximaler Durchmesser des Hohlraums 10 sein. Damit kann erreicht werden, dass wenn der Krümmungsdurchmesser bereits etwas größer ist als die seitliche Ausdehnung B, nicht mehr der volle 180° Winkelbereich bei Drehungen/Neigungen abgedeckt wird, was ein Merkmal von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist. Die Stärke der Wölbung der Außenwand 20 kann beispielsweise hinsichtlich einer gewünschten Sensitivität des Neigungssensors optimiert werden: je geringer oder schwächer die Wölbung je höher die Sensitivität. Die Breite oder Ausdehnung B bestimmt dann (bei gewählter Wölbung) den Winkelbereich der ausgemessen werden kann.The exterior arched exterior wall 20 has an only slightly curved surface, so that a surface normal N1 along a lateral or lateral extension B of the outwardly curved outer wall 20 in a range of less than 45 ° or in a range of less than 20 ° or in a range of less than 10 °. Alternatively, the slightly outwardly curved outer wall 20 be designed such that the double radius of curvature of the curved surface of the outer wall 20 is greater or more twice as large or at least five times larger than the lateral extent B. The lateral extent B may, for example, a maximum diameter of the cavity 10 be. It can thus be achieved that, when the diameter of curvature is already somewhat larger than the lateral extent B, the full 180 ° angular range is no longer covered in rotations / inclinations, which is a feature of embodiments of the present invention. The strength of the curvature of the outer wall 20 can be optimized, for example, with regard to a desired sensitivity of the inclination sensor: the smaller or weaker the curvature the higher the sensitivity. The width or extension B then determines (with selected curvature) the angular range that can be measured.

Die konkrete Form des Teils 40 hängt zum großen Teil von den Benetzungseigenschaften der nach außen gewölbten Außenwand 20 oder der Seitenwände des Hohlraums 10 bezüglich der dielektrischen Flüssigkeit 30 ab. Erfindungsgemäß ist beispielsweise so viel dielektrische Flüssigkeit in den Hohlraum 10 eingebracht, dass der Teil 40 seitlich durch die dielektrische Flüssigkeit 30 und nicht durch eine Wand des Hohlraums 10 begrenzt ist (seitlich bezieht sich dabei beispielsweise auf die Bewegungsrichtung Δs). Der Teil 40 kann somit beispielsweise eine Luftblase sein, die sich in der dielektrischen Flüssigkeit 30 ausgebildet hat. Alternativ kann der Teil 40 aber auch Vakuum oder ein anderes Medium aufweisen, welches sich mit der dielektrischen Flüssigkeit 30 nicht mischt und eine andere Dielektrizitätskonstante als die der dielektrischen Flüssigkeit 30 aufweist. Es ist dabei vorteilhaft, wenn der Unterschied der Dielektrizitätskonstanten möglichst groß ist.The concrete form of the part 40 depends to a large extent on the wetting properties of the outwardly curved outer wall 20 or the sidewalls of the cavity 10 with respect to the dielectric fluid 30 from. For example, according to the invention, so much dielectric fluid is in the cavity 10 introduced that part 40 laterally through the dielectric fluid 30 and not through a wall of the cavity 10 is limited (laterally refers to, for example, the direction of movement Δs). The part 40 Thus, for example, it may be an air bubble that is in the dielectric fluid 30 has trained. Alternatively, you can the part 40 but also have a vacuum or other medium which is in contact with the dielectric fluid 30 does not mix and has a dielectric constant other than the dielectric fluid 30 having. It is advantageous if the difference in the dielectric constant is as large as possible.

2 zeigt eine Raumansicht des kapazitiven Sensors zum Erfassen einer Messgröße, wobei der Hohlraum 10 durch einen ersten Elektrodenträger 11 und einen zweiten Elektrodenträger 12 als auch durch ein Distanzelement 13 begrenzt ist. Das Distanzelement 13 definiert dabei die nach außen gewölbte Außenwand 20 entlang derer sich nach Füllen des Hohlraumes 10 mit der dielektrischen Flüssigkeit 30 der Teil 40 herausbildet. Das Distanzelement 13 weist eine Schichtdicke d auf, die einen festen Abstand zwischen dem ersten und zweiten Elektrodenträger 11, 12 definiert. 2 shows a spatial view of the capacitive sensor for detecting a measured variable, wherein the cavity 10 through a first electrode carrier 11 and a second electrode carrier 12 as well as by a spacer element 13 is limited. The spacer element 13 defines the outwardly arched outer wall 20 along which after filling the cavity 10 with the dielectric liquid 30 the part 40 out forms. The spacer element 13 has a layer thickness d, which is a fixed distance between the first and second electrode carrier 11 . 12 Are defined.

Auf dem ersten Elektrodenträger 11 ist die erste Flächenelektrode 50 oder eine erste Elektrodenstruktur ausgebildet und auf dem zweiten Elektrodenträger 12 ist die zweite Flächenelektrode 60 oder eine zweite Elektrodenstruktur ausgebildet. Die erste und zweite Flächenelektrode 50, 60 können beispielsweise durch Aufdampfen auf den ersten und zweiten Elektrodenträger 11, 12 erzeugt werden oder aber auch in diesen integriert sein. Optional kann eine Isolation zwischen dem ersten Elektrodenträger 11 (zweiten Elekt rodenträger 12) und der ersten Flächenelektrode 50 (zweiten Flächenelektrode 60) ausgebildet sein. Die erste Flächenelektrode 50 weist den ersten Bereich 50a und den zweiten Bereich 50b auf, die entlang der Trennlinie 51 voneinander elektrisch isoliert sind. Die Trennlinie 51 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht durch eine gerade Linie gegeben, sondern weist eine Krümmung auf, die derart gewählt werden kann, dass sich bei der kapazitiven Messung ein möglichst linearer Zusammenhang zwischen der Messgröße (Neigung oder Drehung) um eine Drehachse 80 und der erfassten Kapazitätsänderung ergibt.On the first electrode carrier 11 is the first surface electrode 50 or a first electrode structure formed on the second electrode carrier 12 is the second surface electrode 60 or a second electrode structure is formed. The first and second surface electrodes 50 . 60 For example, by vapor deposition on the first and second electrode carrier 11 . 12 be generated or integrated into these. Optionally, an insulation between the first electrode carrier 11 (second electrode rod carrier 12 ) and the first surface electrode 50 (second surface electrode 60 ) be formed. The first surface electrode 50 indicates the first area 50a and the second area 50b on that along the dividing line 51 are electrically isolated from each other. The dividing line 51 is not given in this embodiment by a straight line, but has a curvature that can be chosen such that in the capacitive measurement as linear as possible relationship between the measured variable (inclination or rotation) about an axis of rotation 80 and the detected capacity change.

Aus der 2 ist ersichtlich, dass bei leichten Drehungen um die Drehachse 80 eine Verschiebung des Teils 40 entlang der nach außen gewölbten Außenwand 20 erzeugt wird, dass jedoch bei größeren Drehungen um die Drehachse 80 sich der Teil 40 kaum bewegt und infolge dessen zu keiner weiteren Kapazitätsänderung führt. Zum Beispiel wird der Teil 40 bei einer Drehung zwischen 45 und 90° um die Drehachse 80 in der in 2 dargestellten Situation sich in einem der Eckpunkte des durch das Distanzelement 13 definierten Hohlraumes 10 befinden. Jedoch kommt es bei kleineren Drehungen (z. B. von weniger als 10°) zu einer starken Verschiebung Δs des Teils 40 entlang der nach außen gewölbten Außenwand 20 und demzufolge zu einer signifikanten Änderung der Kapazität zwischen dem ersten Bereich der ersten Flächenelektrode 50a und der zweiten Flächenelektrode 60.From the 2 It can be seen that with slight rotations about the axis of rotation 80 a shift of the part 40 along the outwardly arched outer wall 20 is generated, however, for larger rotations about the axis of rotation 80 the part 40 hardly moved and as a result leads to no further capacity change. For example, the part becomes 40 with a rotation between 45 and 90 ° about the axis of rotation 80 in the in 2 represented situation in one of the vertices of the spacer 13 defined cavity 10 are located. However, with smaller rotations (eg less than 10 °) there is a strong shift Δs of the part 40 along the outwardly arched outer wall 20 and consequently, a significant change in capacitance between the first region of the first area electrode 50a and the second surface electrode 60 ,

3 zeigt eine Querschnittsansicht durch das Distanzelement 13 in der 2. Es ist somit ersichtlich, wie das Distanzelement 13 den Hohlraum 10 und insbesondere die nach außen gewölbte Außenwand 20 definiert. Ferner ist ersichtlich, dass die erste Flächenelektrode 50 nicht ganzflächig über auf dem ersten Elektrodenträger 11 ausgebildet ist, sondern sich lediglich in einem Bereich erstreckt, der von dem Teil 40 bei der seitlichen Bewegung Δs parallel zur nach außen gewölbten Außenwand 20 überstrichen wird. Die erste Flächenelektrode 50 weist wiederum den ersten Bereich 50a und den zweiten Bereich 50b auf, die entlang der Trennlinie 51 elektrisch voneinander isoliert sind. Beide Teile werden elektrisch kontaktiert und sind an einer Auswerteeinheit oder Messelektronik 90 angeschlossen. In der 3 ist die zweite Flächenelektrode 60, die ebenfalls an die Auswerteeinheit 90 angeschlossen ist, nicht gezeigt. 3 shows a cross-sectional view through the spacer 13 in the 2 , It is thus apparent how the spacer element 13 the cavity 10 and in particular the outwardly curved outer wall 20 Are defined. It can also be seen that the first surface electrode 50 not over the entire surface over on the first electrode carrier 11 is formed, but only extends in a region of the part 40 in the lateral movement Δs parallel to the outwardly curved outer wall 20 is swept over. The first surface electrode 50 again indicates the first area 50a and the second area 50b on that along the dividing line 51 are electrically isolated from each other. Both parts are electrically contacted and are connected to an evaluation unit or measuring electronics 90 connected. In the 3 is the second surface electrode 60 also to the evaluation unit 90 connected, not shown.

Somit zeigt 3 eine Anordnung im Schnitt durch das Distanzelement 13 und verdeutlicht außerdem die elektrische Auslesung des Sensors. Die beiden voneinander isolierten Teilflächen 50a, b der ersten Elektrodenstruktur 50 werden an die Messelektronik 90 angeschlossen. Die zweite Elektrodenstruktur 60, die beispielsweise vollflächig auf der zweiten Elektrodenhalterung 12 ausgebildet sein kann, wird ebenfalls an die Messelektronik 90 angeschlossen, so dass zwischen dem ersten Bereich 50a der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur 60 (= erste Teilkondensatoranordnung) eine erste Teilkapazität C1 und zwischen dem zweiten Bereich 50b der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur 60 (= zweite Teilkondensatoranordnung) eine zweite Teilkapazität C2 gemessen werden kann.Thus shows 3 an arrangement in section through the spacer element 13 and also illustrates the electrical readout of the sensor. The two isolated faces 50a , b of the first electrode structure 50 are sent to the measuring electronics 90 connected. The second electrode structure 60 , for example, the entire surface on the second electrode holder 12 can be formed, is also connected to the measuring electronics 90 connected so that between the first area 50a the first electrode structure and the second electrode structure 60 (= first partial capacitor arrangement) a first partial capacitance C1 and between the second region 50b the first electrode structure and the second electrode structure 60 (= second partial capacitor arrangement) a second partial capacitance C2 can be measured.

Die erste Teilkondensatoranordnung bildet sich somit entlang einer ersten Überdeckungsfläche A1 als auch entlang einer Schnittfläche des ersten Bereichs 50a mit dem Teil 40 (beispielhafte Luftblase). In analoger Weise bildet sich die zweite Teilkondensatoranordnung entlang einer zweiten Überdeckungsfläche A2 und einer weiteren Schnittfläche des zweiten Bereichs 50b mit dem Teil 40 heraus. Beide Beiträge zur ersten (und auch beide Beiträge zur zweiten) Teilkondensatoranordnung liefern parallel geschaltete kapazitive Beiträge zur ersten (und zur zweiten) Teilkapazität C1 (und C2), wie in der 4 noch näher beschrieben wird. Die Kapazitäten der beiden Beiträge unterscheiden sich, da die Dielektrizitätskonstante des Teils 40 sich von der Die lektrizitätskonstante der dielektrischen Flüssigkeit unterscheidet.The first partial capacitor arrangement thus forms along a first overlapping area A1 as well as along a sectional area of the first area 50a with the part 40 (exemplary bubble). In an analogous manner, the second partial capacitor arrangement forms along a second overlap area A2 and a further sectional area of the second area 50b with the part 40 out. Both contributions to the first (and also both contributions to the second) subcapacitor arrangement provide capacitive contributions in parallel to the first (and second) subcapacitance C1 (and C2), as in US Pat 4 will be described in more detail. The capacities of the two contributions differ because the dielectric constant of the part 40 is different from the dielectric constant of the dielectric liquid.

Die erste Überdeckungsfläche A1 ist dabei durch den Überdeckungsgrad des ersten Bereichs 50a der ersten Elektrodenstruktur 50 mit der zweiten Elektrodenstruktur 60 gegeben, wobei die Überdeckung durch die dielektrische Flüssigkeit 30 definiert ist. Analog ist die zweite Überdeckungsfläche A2 durch den Überdeckungsgrad des zweiten Teils 50b der ersten Flächenelektrode 50 mit der zweiten Flächenelektrode 60 gegeben. Die erste Überdeckungsfläche A1 ist somit innerhalb des ersten Bereichs 50a komplementär zu der Schnittfläche, die die beispielhafte Luftblase 40 mit dem ersten Bereich 50a bildet. Analog ist die zweite Überdeckungsfläche A2 komplementär zu jener Schnittfläche die der zweite Bereich 50b mit der beispielhaften Luftblase 40 bildet.The first overlapping area A1 is in this case by the degree of overlap of the first area 50a the first electrode structure 50 with the second electrode structure 60 given the coverage by the dielectric fluid 30 is defined. Similarly, the second overlapping area A2 is the degree of overlap of the second part 50b the first surface electrode 50 with the second surface electrode 60 given. The first overlapping area A1 is thus within the first area 50a Complementary to the cut surface, which is the exemplary bubble 40 with the first area 50a forms. Similarly, the second overlapping area A2 is complementary to the sectional area which is the second area 50b with the exemplary bubble 40 forms.

Eine Verkippung des Sensors und damit eine Bewegung Δs der beispielhaften Luftblase 40 ändert gegensinnig die beiden Teilkapazitäten C1 und C2, da sich in diesem Fall der Überdeckungsgrad A1 in der ersten Teilkondensatoranordnung vergrößert, während sich der Überdeckungsgrad A2 der zweiten Teilkondensatoranordnung verkleinert bzw. umgekehrt (je nach der Drehrichtung).A tilt of the sensor and thus a movement .DELTA.s the exemplary air bubble 40 changes in opposite directions the two partial capacitances C1 and C2, since in this case the degree of coverage A1 in the first partial capacitor arrangement increases, while the degree of coverage A2 of the second partial capacitor arrangement decreases or vice versa (depending on the direction of rotation).

Dadurch ergibt sich ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Verkippung (Neigung) des Sensors und der messbaren Kapazitätsdifferenz der beiden Teilkondensatoranordnungen. Aufgrund der Form der beispielhaften Luftblase 40 ergibt sich in der Nulllage des Sensors nicht unbedingt die Kapazitätsdifferenz Null, da bei der oberen (erste) Teilkondensatoranordnung ein größerer Bereich nicht vom dielektrischen Fluid 30 überdeckt ist als bei der unteren (zweite) Teilkondensatoranordnung. Dieser Umstand bewirkt außerdem eine nichtlineare Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von der Verkippung, jedoch ist die eindeutige Zuordnung zwischen Verkippwinkel (Drehung um die Drehachse 80) und der Kapazitätsdifferenz stets gegeben. Durch eine geeignete Wahl der Elektrodenform kann jedoch auch in diesem Fall eine quasi lineare Kennlinie erzielt werden. Diese Wahl der Elektroden kann beispielsweise durch eine Wahl der Trennlinie 51, die die beiden Bereiche der ersten Flächenelektrode 50 trennt, erfolgen. Wie bereits in der 2 und 3 dargestellt, ist es im Allgemeinen nicht vorteilhaft, eine lineare Ausgestaltung dieser Trennlinie 51 zu wählen, sondern stattdessen die Trennlinie 51 so zu krümmen, dass sich möglichst eine lineare Kennlinie (Kapazitätsänderung als Funktion des Neigungswinkels) ergibt. Zwischen der Krümmung und der Wölbung der Außenwand 20 wird im Allgemeinen eine Beziehung bestehen, wobei die Beziehung beispielsweise von der Form des Teils 40 abhängt. Die Form des Teils 40 hängt ihrerseits zum einen von der Oberflächenspannung der dielektrischen Flüssigkeit 30 und zum anderen von dem Grad der Benetzung der Außenwand 20 von der dielektrischen Flüssigkeit 30.This results in a clear relationship between the tilt (inclination) of the sensor and the measurable capacitance difference of the two sub-capacitor arrays. Due to the shape of the exemplary bubble 40 does not necessarily result in the zero position of the sensor, the difference in capacitance zero, since in the upper (first) partial condenser assembly, a larger area not of the dielectric fluid 30 is covered as in the lower (second) partial capacitor arrangement. This circumstance also causes a non-linear capacitance change as a function of the tilt, but the unambiguous relationship between tilt angle (rotation about the axis of rotation 80 ) and the capacity difference is always given. By a suitable choice of the electrode shape, however, a quasi-linear characteristic can also be achieved in this case. This choice of electrodes can be achieved, for example, by selecting the dividing line 51 covering the two areas of the first area electrode 50 separates, done. As already in the 2 and 3 As shown, it is generally not advantageous to have a linear configuration of this separation line 51 to choose, but instead the dividing line 51 to bend so that as far as possible a linear characteristic (capacity change as a function of the angle of inclination) results. Between the curvature and the curvature of the outer wall 20 In general, there will be a relationship where the relationship is, for example, the shape of the part 40 depends. The shape of the part 40 depends in turn on the one hand by the surface tension of the dielectric fluid 30 and second, the degree of wetting of the outer wall 20 from the dielectric fluid 30 ,

4 zeigt ein Ersatzschaltbild für die erste Teilkapazität C1 und die zweite Teilkapazität C2. Die erste Teilkapazität C1 ist durch die oben erwähnten zwei Beiträge gegeben, wobei der erste Beitrag C1a die dielektrische Flüssigkeit 30 und der zweite Beitrag C1b den Teil 40 als dielektrisches Medium, das zwischen dem ersten Bereich der ersten Flächenelektrode 50a und der zweiten Flächenelektrode 60 angeordnet ist, aufweist. In analoger Weise ist die zweite Teilkapazität C2 ebenfalls durch zwei Beiträge gegeben, wobei der erste Beitrag C2a ebenfalls die dielektrische Flüssigkeit 30 und der zweite Beitrag C2b den Teil 40 als dielektrisches Medium, welches zwischen dem zweiten Bereich der ersten Flächenelektrode 50b und der zweiten Flächenelektrode 60 angeordnet ist, aufweist. Die zweite Flächenelektrode 60 kann beispielsweise mit Masse verbunden werden, so dass die beiden Signale an dem ersten und zweiten Bereich der ersten Flächenelektrode 50a, 50b als Messsignal genutzt werden können. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn nicht direkt die Teilkapazitäten C1 und C2 gemessen werden, sondern wenn stattdessen die Differenz zwischen den beiden Teilkapazitäten C1–C2 als die zu erfassende Messgröße verwendet wird. Die Messung dieser Differenzkapazität der sich gegensinnig ändernden Teilkapazitäten C1 und C2 ist vorteilhaft, weil dadurch Störeinflüsse wie Temperatur und/oder Feuchte kompensiert werden können. Bei diesem Ersatzschaltbild ist zu beachten, dass die Kapazitäten C1a, C1b, C2a und C2b von der Neigung des kapazitiven Sensors abhängen. Obwohl sich die Flächen der ersten und zweiten Flächenelektrode 50, 60 als solche nicht ändern, ändert sich aber das dielektrische Medium und somit die effektive dielektrische Konstante zwischen der ersten und zweiten Flächenelektrode 50, 60. Genauer gesagt überdeckt die dielektrische Flüssigkeit 30 in Abhängigkeit von der Neigung (oder der Position des Teils 40) einen mehr oder weniger großen Teil der ersten und zweiten Flächenelektrode 50, 60. 4 shows an equivalent circuit diagram for the first sub-capacitance C1 and the second sub-capacitance C2. The first partial capacitance C1 is given by the above-mentioned two contributions, wherein the first contribution C1a is the dielectric fluid 30 and the second contribution C1b the part 40 as a dielectric medium between the first region of the first surface electrode 50a and the second surface electrode 60 is arranged. In an analogous manner, the second partial capacitance C2 is likewise given by two contributions, the first contribution C2a also being the dielectric fluid 30 and the second contribution C2b the part 40 as a dielectric medium, which is between the second region of the first surface electrode 50b and the second surface electrode 60 is arranged. The second surface electrode 60 For example, it may be connected to ground so that the two signals at the first and second areas of the first area electrode 50a . 50b can be used as a measurement signal. It may be advantageous if the partial capacitances C1 and C2 are not measured directly, but instead the difference between the two partial capacitances C1-C2 is used instead as the measured variable to be detected. The measurement of this difference capacitance of the oppositely changing partial capacitances C1 and C2 is advantageous because it can compensate for disturbing influences such as temperature and / or humidity. In this equivalent circuit diagram, it should be noted that the capacitances C1a, C1b, C2a and C2b depend on the inclination of the capacitive sensor. Although the areas of the first and second surface electrode 50 . 60 As such, they do not change the dielectric medium and thus the effective dielectric constant between the first and second surface electrodes 50 . 60 , More specifically, the dielectric fluid covers 30 depending on the inclination (or the position of the part 40 ) a more or less large part of the first and second surface electrode 50 . 60 ,

Mit diesem Ersatzschaltbild wird also berücksichtigt, dass der Bereich der Elektroden, der nicht vom Fluid (dielektrische Flüssigkeit 30) überdeckt ist, einen Beitrag zur Kapazität liefert. Die Teilkondensatoranordnung (C1, C2) ist also wie dargestellt eine Parallelschaltung eines Kondensators mit Dielektrikum (C1a, C2a) und eines zweiten Kondensators mit Luft (C1b, C2b). Bei einer Neigung vergrößert sich z. B. die Fläche des Kondensators C1a mit Dielektrikum, während sich die Fläche des Kondensators mit Luft C1b verkleinert. In Summe ergibt sich bei der Parallelschaltung eine Vergrößerung des Teilkondensators C1, da die Änderung des Kondensators mit Dielektrikum C1a aufgrund der beispielsweise höheren Dielektrizitätskonstanten die Verkleinerung des Luftkondensators C1b sozusagen „überkompensiert”. Analoge Betrachtungen gelten für die Teilkondensatoranordnung C2, wobei sich beide Teilkondensatoranordnungen gegensinnig zueinander verhalten können (um beispielsweise die besagte Temperatur- und Feuchtekompensation zu erreichen), so dass, wenn die Teilkondensatoranordnung C2 sich verkleinert, sich die Teilkondensatoranordnung C1 vergrößert.This equivalent circuit therefore takes into account that the area of the electrodes which is not covered by the fluid (dielectric fluid 30 ), contributes to capacity. The partial capacitor arrangement (C1, C2) is therefore, as shown, a parallel circuit of a capacitor with dielectric (C1a, C2a) and a second capacitor with air (C1b, C2b). At a slope increases z. As the area of the capacitor C1a with dielectric, while the area of the capacitor with air C1b decreases. In total, the parallel connection results in an increase in the partial capacitor C1, since the change of the capacitor with dielectric C1a, as it were, "overcompensates" the reduction of the air capacitor C1b due to the higher dielectric constants, for example. Analogous considerations apply to the partial capacitor arrangement C2, wherein both partial capacitor arrangements behave in opposite directions to one another can (for example, to achieve the said temperature and humidity compensation), so that when the partial capacitor assembly C2 decreases, the partial capacitor assembly C1 increases.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem im Vergleich zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, die Form der ersten Flächenelektrode 50 geändert wurde. Insgesamt weist das Ausführungsbeispiel in 5 vier Teile für die erste Flächenelektrode 50 auf, wobei einen ersten Bereich 50a und ein dritter Bereich 50c elektrisch miteinander verbunden sind. Ferner ist der zweite Bereich 50b mit einem vierten Bereich 50d elektrisch miteinander verbunden. 5 shows a further embodiment in which compared to the in 3 shown embodiment, the shape of the first surface electrode 50 was changed. Overall, the embodiment has 5 four parts for the first surface electrode 50 on, being a first area 50a and a third area 50c electrically connected to each other. Further, the second area 50b with a fourth area 50d electrically connected to each other.

Der erste und zweite Bereich 50a und 50b der ersten Elektrodenstruktur 50 bilden dabei im wesentlichen ein Rechteck, das parallel zur nach außen gewölbten Außenwand 20 (leicht) gekrümmt ist und die Trennlinie 51 einer leicht gekrümmten Diagonale des Rechtecks folgt. In der 5 wurde die Elektrodenstruktur der 3 dahingehend dupliziert, dass zusätzlich zu dem ersten Bereich 50a und dem zweiten Bereich 50b ein dritter Bereich 50c und ein vierter Bereich 50d hinzugefügt wurden, wobei der dritte und vierte Bereich 50c, 50d eine analoge Form aufweisen wie der erste und der zweite Bereich 50a, 50b. Der dritte und vierte Bereich 50c, d bilden somit ebenfalls im wesentlichen ein Rechteck, das parallel zur nach außen gewölbten Außenwand 20 gekrümmt ist und die Trennlinie 51 einer leicht gekrümmten Diagonale des Rechtecks folgt. Die beiden so gebildeten Rechtecke sind entlang ihrer langen Seite elektrisch voneinander isoliert angeordnet. Damit wird erreicht, dass beispielsweise alle vier Bereiche 50a, b, c, d elektrisch voneinander isoliert auf den ersten Elektrodenträger 11 angeordnet sind, wobei die elektrische Verbindung schaltungstechnisch außerhalb des kapazitiven Sensors erfolgen kann.The first and second area 50a and 50b the first electrode structure 50 essentially form a rectangle, which is parallel to the outwardly curved outer wall 20 (slightly) is curved and the dividing line 51 a slightly curved diagonal of the rectangle follows. In the 5 the electrode structure of the 3 duplicated to that in addition to the first area 50a and the second area 50b a third area 50c and a fourth area 50d were added, with the third and fourth range 50c . 50d have an analogous shape as the first and the second area 50a . 50b , The third and fourth area 50c , d thus also form essentially a rectangle, which is parallel to the outwardly curved outer wall 20 is curved and the dividing line 51 a slightly curved diagonal of the rectangle follows. The two rectangles thus formed are arranged electrically isolated from each other along their long side. This ensures that, for example, all four areas 50a , b, c, d are electrically isolated from each other on the first electrode carrier 11 are arranged, wherein the electrical connection circuitry can be done outside of the capacitive sensor.

Die Höhe der ersten Flächenelektrode 50 kann beispielsweise wiederum durch eine radiale Ausdehnung R der beispielhaften Luftblase 40 gegeben sein und sich im wesentlichen über die laterale Breite B des Hohlraums 10 erstrecken.The height of the first surface electrode 50 For example, again by a radial extent R of the exemplary air bubble 40 be given and substantially over the lateral width B of the cavity 10 extend.

Somit zeigt 5 eine alternative Gestaltung der ersten Elektrodenstruktur 50. Durch die kammartige Unterteilung der ersten Elektrodenstruktur 50 in mehrere übereinander liegende Streifen kann damit der negative Einfluss der runden Form der beispielhaften Luftblase 40 auf die Linearität des Ausgangssignals minimiert werden, da sich die Änderungen der vom dielektrischen Fluid 40 überdeckten Bereiche in den beiden Teilkondensatoranordnungen C1 und C2 gegenseitig annähern.Thus shows 5 an alternative design of the first electrode structure 50 , By the comb-like subdivision of the first electrode structure 50 in several superimposed strips can thus the negative influence of the round shape of the exemplary bubble 40 be minimized to the linearity of the output signal, as the changes of the dielectric fluid 40 covered areas in the two sub-capacitor assemblies C1 and C2 approach each other.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem innerhalb des Hohlraums 10 ein weiteres Distanzelement 14 derart angeordnet ist, dass der Teil 40 des Hohlraums 10 sich zwischen dem Distanzelement 13 und dem weiteren Distanzelement 14 herausbildet und der Teil 40 lediglich seitlich (entlang der Bewegungsrichtung Δs) von der dielektrischen Flüssigkeit 30 begrenzt wird. Somit ist der Teil 40 auf der der gewölbten Außenwand 20 gegenüberliegenden Seite 21 von dem weiteren Distanzelement 14 begrenzt. In dem Zwischenraum zwischen dem Distanzelement 13 und dem weiteren Distanzelement 14, in dem der Teil 40 herausgebildet ist, ist die erste Flächenelektrode 50 an einer Seitenwand (Elektrodenträger 11) ausgebildet, wobei die erste Flächenelektrode 50 wiederum einen ersten Bereich 50a und einen zweiten Bereich 50b aufweist, die, wie in der 3 dargestellt, entlang der Trennlinie 51 unterbrochen sind. Das weitere Distanzelement 14 kann dabei derart in dem Hohlraum 10 angeordnet sein, dass sich deren Oberfläche in den Hohlraum 10 hineinwölbt, so dass die nach außen gewölbte Außenwand 20 und eine Seitenwand 21 des weiteren Distanzelements 14 im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Der Kanal zwischen der nach außen gewölbten Außenwand 20 und der Seitenwand 21 kann dabei derart gewählt werden, dass der Abstand zwischen den beiden Wänden kleiner ist als eine laterale Ausdehnung (in Bewegungsrichtung Δs) des Teils 40. 6 shows a further embodiment, in which within the cavity 10 another spacer element 14 arranged such that the part 40 of the cavity 10 between the spacer element 13 and the further spacer element 14 forms and the part 40 only laterally (along the direction of movement Δs) of the dielectric fluid 30 is limited. Thus, the part 40 on the arched outer wall 20 opposite side 21 from the further spacer element 14 limited. In the space between the spacer element 13 and the further spacer element 14 in which the part 40 is formed, is the first surface electrode 50 on a side wall (electrode carrier 11 ), wherein the first surface electrode 50 again a first area 50a and a second area 50b which, as in the 3 shown along the dividing line 51 are interrupted. The further spacer element 14 can do so in the cavity 10 be arranged so that its surface in the cavity 10 bulges in, so that the outwardly arched outer wall 20 and a side wall 21 further spacer element 14 essentially parallel to each other. The channel between the convex outer wall 20 and the side wall 21 can be chosen such that the distance between the two walls is smaller than a lateral extent (in the direction of movement Δs) of the part 40 ,

Somit zeigt 6 eine weitere Alternative, um die Linearität des Sensorsignals zu verbessern. Durch das Einbringen des kapillar formenden Elements 14 wird ein schlauchförmiges Gebiet 16 ausgebildet, indem sich die beispielhafte Luftblase 40 befinden kann. Da diese an der oberen sowie unteren Wand 20 und 21 des schlauchförmigen Gebiets 16 anhaftet, bildet sich die Oberfläche der beispielhaften Luftblase 40 annähernd senkrecht zu den beiden Wänden 20, 21 und damit in radialer Richtung innerhalb der gesamten Kavität aus. Auf diese Weise wird ein annähernd gleich großer Überdeckungsgrad (A1 = A2, siehe 3) für beide Teilkondensatoranordnungen in der Nulllage sowie ein lineares Sensor-Ausgangssignal erzielt, da sich die Oberfläche der Luftblase 40 in radialer Richtung ausbildet und in Umfangsrichtung bewegt. Die radiale Richtung bezieht sich dabei auf eine Richtung parallel zur Flächennormale entlang der nach außen gewölbten Außenwand und die Umfangsrichtung entspricht der Bewegungsrichtung Δs der beispielhaften Luftblase 40.Thus shows 6 another alternative to improve the linearity of the sensor signal. By introducing the capillary-forming element 14 becomes a tubular area 16 formed by the exemplary bubble 40 can be located. As these are on the upper and lower wall 20 and 21 of the tubular area 16 Clings, the surface of the exemplary bubble forms 40 approximately perpendicular to the two walls 20 . 21 and thus in the radial direction within the entire cavity. In this way, an approximately equal degree of coverage (A1 = A2, see 3 ) for both sub-capacitor arrays in the zero position and a linear sensor output signal, since the surface of the air bubble 40 formed in the radial direction and moved in the circumferential direction. The radial direction refers to a direction parallel to the surface normal along the outwardly curved outer wall and the circumferential direction corresponds to the direction of movement Δs of the exemplary air bubble 40 ,

7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die erste und zweite Flächenelektrode 50 und 60 nicht entlang von Seitenwänden ausgebildet sind, sondern bei dem die erste Flächenelektrode 50 entlang der nach außen gewölbten Außenwand 20 angeordnet ist und die zweite Flächenelektrode 60 auf den gegenüberliegenden Elektrodenträger 12 (Boden) ausgebildet ist. Die 7 zeigt somit eine Raumansicht des kapazitiven Sensors, wobei die in dem Hohlraum eingebrachte dielektrische Flüssigkeit 30 durch den zweiten Elektrodenträger 12 nach unten begrenzt ist und seitlich durch eine erste Seitenwand 15a und eine zweite Seitenwand 15b begrenzt wird. Die nach außen gewölbte Außenwand 20 ist entlang des ersten Elektrodenträgers 11 ausgebildet, so dass sich die erste Flächenelektrode 50 und die zweite Flächenelektrode 60 in einem Abstand d zueinander befinden, der durch die erste und zweite Seitenwand 15a und 15b definiert ist. Es kann dabei vorteilhaft sein, wenn der zweite Elektrodenträger 12 ebenfalls eine Wölbung aufweist, die insbesondere parallel zur Wölbung der Außenwand 20 ausgebildet sein kann. Damit wird nämlich erreicht, dass der (effektive) Abstand d, der die Kapazität der Kondensatoranordnungen bestimmt, innerhalb des Hohlraumes konstant bleibt. Ferner kann die beispielhafte Luftblase sich ebenfalls über die ganze Höhe der Kavität erstrecken. 7 shows a further embodiment in which the first and second surface electrode 50 and 60 are not formed along side walls, but in which the first surface electrode 50 along the outwardly arched outer wall 20 is arranged and the second surface electrode 60 on the opposite electrode carrier 12 (Bottom) is formed. The 7 thus shows a Room view of the capacitive sensor, wherein the introduced into the cavity dielectric fluid 30 through the second electrode carrier 12 is limited to the bottom and laterally through a first side wall 15a and a second side wall 15b is limited. The exterior arched exterior wall 20 is along the first electrode carrier 11 formed so that the first surface electrode 50 and the second surface electrode 60 at a distance d from each other through the first and second side wall 15a and 15b is defined. It may be advantageous if the second electrode carrier 12 also has a curvature, in particular parallel to the curvature of the outer wall 20 can be trained. This ensures that the (effective) distance d, which determines the capacitance of the capacitor arrangements, remains constant within the cavity. Furthermore, the exemplary air bubble may also extend over the entire height of the cavity.

Wie in den Ausführungsbeispielen zuvor auch, weist die erste Flächenelektrode einen ersten Bereich 50a und einen zweiten Bereich 50b auf, die entlang einer Trennlinie 51 voneinander elektrisch isoliert sind, so dass sich bei eingebrachter dielektrischer Flüssigkeit 30 der erste Teilkondensator wiederum zwischen dem ersten Bereich 50a und der zweiten Flächenelektrode 60 und der zweite Teilkondensator zwischen dem zweiten Bereich 50b und der zweiten Flächenelektrode 60 herausbildet. Die Trennlinie 51 zwischen dem ersten und zweiten Bereich 50a und 50b kann bei diesem Ausführungsbeispiel wiederum als eine Diagonale entlang der rechteckig ausgebildeten ersten Flächenelektrode 50 ausgebildet sein. Bei einer aufrechten Position des kapazitiven Sensors bildet sich somit entlang der nach außen gewölbten Außenwand 20 die beispielhafte Luftblase 40 heraus, die bei einer Drehung um die Drehachse 80 eine Bewegung Δs entlang der nach außen gewölbten Außenwand 20, auf die die erste Flächenelektrode 50 ausgebildet ist, beschreibt.As in the embodiments above, the first area electrode has a first area 50a and a second area 50b on that along a dividing line 51 are electrically isolated from each other, so that when introduced dielectric fluid 30 the first sub-capacitor in turn between the first region 50a and the second surface electrode 60 and the second sub-capacitor between the second region 50b and the second surface electrode 60 out forms. The dividing line 51 between the first and second area 50a and 50b Again, in this embodiment, as a diagonal along the rectangularly shaped first surface electrode 50 be educated. In an upright position of the capacitive sensor is thus formed along the convex outer wall 20 the exemplary bubble 40 out when turning around the axis of rotation 80 a movement Δs along the outwardly curved outer wall 20 to which the first surface electrode 50 is formed describes.

Folglich ist bei diesem Ausführungsbeispiel die erste Flächenelektrode 50 gekrümmt und zwar entlang einer Tangentialrichtung, die parallel zur Bewegung Δs verläuft. Die Trennlinie 51 zwischen dem ersten und zweiten Bereich 50a, 50b erscheint deshalb in einer Draufsicht als eine Gerade. Die zweite Flächenelektrode 60 kann wiederum ganzflächig auf dem zweiten Elektrodenträger 12 ausgebildet sein (z. B. durch Bedampfen) und ist deshalb in der Figur nicht explizit gezeigt.Consequently, in this embodiment, the first area electrode 50 curved along a tangential direction which is parallel to the movement Δs. The dividing line 51 between the first and second area 50a . 50b therefore appears in a plan view as a straight line. The second surface electrode 60 in turn, over the entire surface on the second electrode carrier 12 be formed (eg., By vapor deposition) and is therefore not explicitly shown in the figure.

8 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht auf die Seite des ersten Elektrodenträgers 11, wobei die als Rechteck gestaltete erste Flächenelektrode 50 mit dem ersten und zweiten Bereich 50a und 50b von oben sichtbar ist und die beispielhafte Luftblase 40 in der Mitte erscheint. Seitlich ist der kapazitive Sensor durch die erste und zweite Seitenwand 15a und 15b getrennt und der erste und zweite Bereich der ersten Flächenelektrode 50a, 50b werden entsprechend elektrisch kontaktiert und mit einer Auswerteeinheit 90 verbunden. Die zweite Flächenelektrode 60 ist in der gezeigten Draufsicht nicht sichtbar, wobei auch diese zweite Flächenelektrode 60 mit der Auswerteeinheit 90 verbunden ist. Da die erste Flächenelektrode 50 senkrecht zur Draufsicht gekrümmt ist, erscheint sie als Rechteck, wobei entlang der Diagonale von links unten nach rechts oben die Trennlinie 51 gezeigt ist, die den ersten und den zweiten Bereich 50a und 50b voneinander elektrisch isoliert. Die erste Teilkondensatoranordnung C1 umfasst somit zwei Bereiche: einen ersten Bereich der ersten Flächenelektrode 50a, der nicht von der beispielhaften Luftblase 40 kontaktiert wird, und einen zweiten Bereich, der von der beispielhaften Luftblase 40 kontaktiert wird. Analog umfasst die zweite Teilkondensatoranordnung C2 ebenfalls zwei Beiträge: einen ersten Beitrag, der durch jenen Flächenanteil des zweiten Teils der ersten Flächenelektrode 50b bestimmt, der nicht mit der beispielhaften Luftblase 40 in Kontakt ist, und einen zweiten Beitrag, der wiederum dazu komplementär ist und jenem Flächenteil des zweiten Teils der ersten Flächenelektrode 50b entspricht, der mit der beispielhaften Luftblase 40 in Kontakt ist. Wie oben beschrieben weisen beide Beiträge aufgrund der unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften der beispielhaften Luftblase 40 und der dielektrischen Flüssigkeiten 30 unterschiedliche Kapazitäten auf, wobei die Sensitivität des kapazitiven Sensors größer wird je größer der Unterschied in den Dielektrizitätskonstanten (des Teils 40 im Vergleich zur dielektrischen Flüssigkeit 30) ist. 8th shows the same embodiment in a plan view of the side of the first electrode carrier 11 , wherein the rectangle-shaped first surface electrode 50 with the first and second area 50a and 50b visible from above and the exemplary bubble 40 appears in the middle. Laterally, the capacitive sensor through the first and second side wall 15a and 15b separated and the first and second regions of the first surface electrode 50a . 50b are contacted in accordance with electrical and with an evaluation 90 connected. The second surface electrode 60 is not visible in the plan view shown, wherein this second surface electrode 60 with the evaluation unit 90 connected is. Because the first surface electrode 50 Curved perpendicular to the plan view, it appears as a rectangle, along the diagonal from bottom left to top right the dividing line 51 shown is the first and the second area 50a and 50b electrically isolated from each other. The first partial capacitor arrangement C1 thus comprises two regions: a first region of the first surface electrode 50a that is not from the exemplary bubble 40 is contacted, and a second area, that of the exemplary bubble 40 will be contacted. Analogously, the second partial capacitor arrangement C2 likewise comprises two contributions: a first contribution which is defined by that area fraction of the second part of the first surface electrode 50b Certainly not with the exemplary bubble 40 is in contact, and a second contribution which in turn is complementary thereto and that surface portion of the second portion of the first area electrode 50b Equivalent to that with the exemplary bubble 40 is in contact. As described above, both contributions show due to the different dielectric properties of the exemplary air bubble 40 and the dielectric fluids 30 different capacitances, wherein the sensitivity of the capacitive sensor is greater, the greater the difference in the dielectric constant (of the part 40 compared to the dielectric fluid 30 ).

Somit ist in 7 und 8 eine zweite grundsätzliche Ausführungsvariante des Sensorprinzips gezeigt, die sich von den in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispielen unterscheidet (7 zeigt eine Explosionsdarstellung und 8 die gleiche Variante in der Draufsicht). Die durchsichtige Darstellung der ersten Flächenelektrode 50 als auch des ersten Elektrodenträgers 11 dient der Anschaulichkeit und ist im Allgemeinen nicht gegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist wie gesagt der erste Elektrodenträger 11 mit der ersten Flächenelektrode 50 gewölbt geformt und bildet mit dem zweiten Elektrodenträger 12, der die zweite Flächenelektrode 60 trägt (die in der Zeichnung nicht dargestellt ist), ohne Einsatz eines Distanzelements 13 die Kavität 10. An der Vorder- und Rückseite sind lediglich Seitenwände 15a und 15b als Abschluss der Kavität 10 gebildet. Die Kavität 10 wird wiederum mit einer dielektrischen Flüssigkeit 30 teilweise gefüllt, wobei sich eine beispielhafte Luftblase 40 analog zu den anderen Ausführungsvarianten am höchsten Punkt der Kavität befindet. Vorteilhaft an dieser Anordnung ist, dass der Überdeckungsgrad A1, A2 der beiden Teilkondensatoranordnungen in der Nulllage identisch ist. Ferner ist bei einer Verkippung des Sensors um die Verdrehungsachse 80 die Flächenänderung der nicht überdeckten Elektrodenfläche beider Teilkondensatoranordnungen C1 und C2 betragsmäßig gleich. Eine effektive Änderung des Abstandes zwischen den beiden Elektrodensturen kann, wie oben beschrieben, dadurch kompensiert werden, dass die zweite Flächenelektrode 60 parallel zur ersten Flächenelektrode 50 gewölbt ist. Somit zeichnet sich dieses Ausführungsbeispiel durch eine hohe Linearität des Sensor-Ausgangssignals (Sensorkennlinien) aus.Thus, in 7 and 8th a second basic embodiment of the sensor principle shown, which differs from the in the 2 to 6 different embodiments ( 7 shows an exploded view and 8th the same variant in plan view). The transparent representation of the first surface electrode 50 as well as the first electrode carrier 11 serves the sake of clarity and is generally not given. In this embodiment, as stated, the first electrode carrier 11 with the first surface electrode 50 arched shaped and forms with the second electrode carrier 12 , which is the second surface electrode 60 carries (which is not shown in the drawing), without the use of a spacer element 13 the cavity 10 , At the front and back are only side walls 15a and 15b as completion of the cavity 10 educated. The cavity 10 will turn with a dielectric fluid 30 partially filled, with an exemplary bubble 40 similar to the other embodiments at the highest point of the cavity is located. An advantage of this arrangement is that the degree of coverage A1, A2 of the two part capacitor arrangements in the zero position is identical. Furthermore, with a tilt of the sensor about the axis of rotation 80 the change in area of the uncovered electrode surface of both partial capacitor arrangements C1 and C2 is equal in magnitude. An effective change of the distance between the two electrode tracks, as described above, can be compensated by the fact that the second surface electrode 60 parallel to the first surface electrode 50 is arched. Thus, this embodiment is characterized by a high linearity of the sensor output signal (sensor characteristics).

9 zeigt eine direkte Fortführung der in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsführungsvariante, bei der eine Feststellung einer Drehung oder Neigung bezüglich zwei verschiedenen Drehachsen 80a, b möglich ist. Dazu wird die in der 7 gezeigte nach außen gewölbte Außenwand 20 bezüglich zwei Richtungen gekrümmt (z. B. in Form einer konvexen Linse) und die so gekrümmte Oberfläche dient als Elektrodenträger 11 für die erste Flächenelektrode 50. Um eine unabhängige Feststellung verschiedener Drehungen bezüglich verschiedener Drehachsen zu erreichen, weist die erste Flächenelektrode 50 bei diesem Ausführungsbeispiel vier Bereiche auf: einen ersten Bereich 50a, einen zweiten Bereich 50b, einen dritten Bereich 50c und einen vierten Bereich 50d. Alle vier Bereiche sind dabei durch eine Trennlinie 51 (in Form eines Kreuzes) voneinander elektrisch isoliert und bilden eine nach außen gewölbte konvexe Fläche (senkrecht zur Zeichenebene der 9). Die beispielhafte Luftblase 40 ist dabei in der 9 wiederum mittig gezeigt, wodurch eine Nulllage definiert werden kann. Bei einer Drehung um die Drehachse 80a bewegt sich die beispielhafte Luftblase 40 entlang der Richtung 8a und bei einer Drehung um die Drehachse 80b bewegt sich die beispielhafte Luftblase 40 entlang der Richtung 8b. Durch eine differenzielle Erfassung der Kapazitäten beispielsweise bezüglich der Bereiche 50b, 50d kann somit eine Neigung bezüglich der Drehachse 80b festgestellt werden. In analoger Weise kann beispielsweise durch eine differenzielle Erfassung bezüglich der Kondensatorflächen 50a, 50c eine Neigung oder Drehung bezüglich der Drehachse 80a festgestellt werden. 9 shows a direct continuation of the in the 7 and 8th shown embodiment, in which a determination of a rotation or inclination with respect to two different axes of rotation 80a , b is possible. This will be in the 7 shown outwardly arched outer wall 20 curved in two directions (eg in the form of a convex lens) and the surface thus curved serves as an electrode carrier 11 for the first surface electrode 50 , In order to achieve independent detection of different rotations with respect to different axes of rotation, the first surface electrode has 50 in this embodiment, four areas: a first area 50a , a second area 50b , a third area 50c and a fourth area 50d , All four areas are separated by a dividing line 51 (in the form of a cross) electrically insulated from each other and form an outwardly convex convex surface (perpendicular to the plane of the 9 ). The exemplary bubble 40 is in the process 9 again shown in the center, whereby a zero position can be defined. When turning around the axis of rotation 80a the exemplary bubble moves 40 along the direction 8a and at a rotation about the rotation axis 80b the exemplary bubble moves 40 along the direction 8b , By a differential recording of capacities, for example in terms of areas 50b . 50d Thus, an inclination with respect to the axis of rotation 80b be determined. In an analogous manner, for example, by a differential detection with respect to the capacitor surfaces 50a . 50c a tilt or rotation with respect to the axis of rotation 80a be determined.

In der 9 sind der erste und zweite Elektrodenträger 11, 12, die in der hier gezeigten Draufsicht übereinander liegen, wie auch die erste und zweite Seitenwand 15a, b lediglich schematisch dargestellt (vergleiche Raumansicht 7). Durch eine entsprechend geringe Krümmung der linsenförmig ausgestalteten nach außen gewölbten ersten Flächenelektrode 50 kann somit – wie in den anderen Ausführungsbeispielen auch – die Sensitivität bezüglich der Neigungen oder Drehungen eingestellt werden.In the 9 are the first and second electrode carrier 11 . 12 , which are superimposed in the plan view shown here, as well as the first and second side wall 15a , b shown only schematically (see room view 7 ). By a correspondingly small curvature of the lens-shaped designed outwardly arched first surface electrode 50 Thus, as in the other exemplary embodiments, the sensitivity with regard to inclinations or rotations can be set.

Somit zeigt 9 eine Erweiterung des Ausführungsbeispiels aus der 7 und 8. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Elektrodenträger 11 (wie gesagt) nicht nur in eine Dimension gewölbt, sondern weist beispielsweise eine sphärisch geformte innere Oberfläche auf. Dadurch kann das Messprinzip auf zwei Verkippungsachsen (bezüglich der Achse 80a, 80b) ausgeweitet werden. Dazu wird die erste Elektrodenstruktur 50 in vier voneinander elektrisch isolierte Teilbereiche (50a, 50b, 50c, 50d) aufgeteilt, wobei jeweils ihre Kapazität gegen die zweite, beispielsweise vollflächig ausgestaltete Elektrodenstruktur 60, auf den zweiten Elektrodenträger 12 gemessen wird. Durch eine geeignete Verschaltung und Auswertung kann dann auf die Verkippung des Sensors in zwei Raumachsen geschlossen werden.Thus shows 9 an extension of the embodiment of the 7 and 8th , In this embodiment, the first electrode carrier 11 (as stated) not only curved in one dimension, but has, for example, a spherically shaped inner surface. This allows the measuring principle on two tilt axes (with respect to the axis 80a . 80b ). This is the first electrode structure 50 into four mutually electrically isolated subregions ( 50a . 50b . 50c . 50d In each case, their capacity against the second, for example, full-surface designed electrode structure 60 , on the second electrode carrier 12 is measured. By a suitable interconnection and evaluation can then be concluded that the tilting of the sensor in two spatial axes.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist davon ausgegangen worden, dass die dielektrische Flüssigkeit 40 eine größere Dichte aufweist als die beispielhafte Luftblase 40, so dass sich die beispielhafte Luftblase in vertikaler Richtung oben und die dielektrische Flüssigkeit in vertikaler Richtung unten (bezüglich der Schwerkraft) befindet. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, dass die dielektrische Flüssigkeit leichter ist als beispielsweise ein Medium, welches sich innerhalb des beispielhaften Teils 40 (keine Luftblase in diesem Fall) befindet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zunächst die dielektrische Flüssigkeit 30 in den Hohlraum 10 und danach eine weitere dielektrische Flüssigkeit, die nicht mit der dielektrischen Flüssigkeit 30 mischt, eingefüllt wird. Beide dielektrische Flüssigkeiten weisen vorteilhafterweise möglichst unterschiedliche dielektrische Konstanten auf. In Abhängigkeit davon, welche der beiden dielektrischen Flüssigkeiten schwerer bzw. eine höhere Dichte aufweist, befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel der Teil 40 entweder oben oder unten. In jedem Fall ist der kapazitive Sensor so anzuordnen, dass sich der Teil 40 entlang der nach außen gewölbten Außenwand 20 (die oben oder unten sein kann) angeordnet ist. Die bisher in Ausführungsbeispielen beschriebene Neigung oder Drehung um die Drehachse ist jedoch dazu äquivalent, dass zusätzlich zur Schwerkraft eine (seitliche) Beschleunigung oder Kraft auftritt, die eine Verschiebung des Teils 40 entlang der nach außen gewölbten Außenwand 20 bewirkt. Diese seitliche Kraft kann beispielsweise eine Fliehkraft oder eine andere Beschleunigung sein, die seitlich auf den kapazitiven Sensor einwirkt.In the embodiments described so far it has been assumed that the dielectric fluid 40 has a greater density than the exemplary air bubble 40 such that the exemplary air bubble is in the vertical direction at the top and the dielectric liquid is in the vertical direction at the bottom (with respect to gravity). However, it is equally possible that the dielectric fluid is lighter than, for example, a medium which is within the exemplary part 40 (no bubble in this case). This can be achieved, for example, by first of all the dielectric fluid 30 in the cavity 10 and then another dielectric liquid that is not with the dielectric liquid 30 mixes, is filled. Both dielectric liquids advantageously have as many different dielectric constants as possible. Depending on which of the two dielectric fluids is heavier or has a higher density, the part is located in this embodiment 40 either up or down. In any case, the capacitive sensor should be arranged so that the part 40 along the outwardly arched outer wall 20 (which may be up or down) is arranged. However, the inclination or rotation about the axis of rotation described so far in embodiments is equivalent to the fact that in addition to gravity, a (lateral) acceleration or force occurs, which is a displacement of the part 40 along the outwardly arched outer wall 20 causes. This lateral force may be, for example, a centrifugal force or another acceleration, which acts laterally on the capacitive sensor.

Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass beide Flächenelektroden – sowohl die erste Flächenelektrode 50 als auch die zweite Flächenelektrode 60 – geteilt sind (zwei Differential-Kondensatorstrukturen) und derart angeordnet sind, dass die messbare Kapazitätsdifferenz an der zweiten geteilten Elektrodenstruktur sich gegensinnig zu der Kapazitätsdifferenz an der ersten geteilten Elektrodenstruktur ändert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Trennungslinie 51 zwischen den Elektroden bei der einen geteilten Elektrodenstruktur von links unten nach rechts oben verläuft, wie dies beispielsweise in der 3 gezeigt ist, und bei der anderen Elektrodenstruktur von rechts unten nach links oben verläuft. In diesem Fall kann die redundante Ausführung der Messelektroden dazu genutzt werden, um Feuchtigkeits- und Temperatureinflüsse, welche das Messsignal verändern, herauszurechnen. Dadurch wird eine noch höhere Genauigkeit des Systems erreicht und der Einsatzbereich des kapazitiven Neigungssensors erweitert.Another embodiment of the present invention is that both surface electrodes - both the first surface electrode 50 as well as the second surface electrode 60 - Are divided (two differential capacitor structures) and arranged such that the measurable capacitance difference at the second divided electrode structure ge changes in accordance with the capacity difference at the first divided electrode structure. This can be achieved, for example, by dividing the line 51 between the electrodes in the one divided electrode structure runs from bottom left to top right, as for example in the 3 is shown, and runs in the other electrode structure from bottom right to top left. In this case, the redundant design of the measuring electrodes can be used to calculate out the effects of humidity and temperature which change the measuring signal. As a result, an even higher accuracy of the system is achieved and extends the application of the capacitive tilt sensor.

10 zeigt dafür ein konkretes Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl die erste Flächenelektrode 50 als auch die zweite Flächenelektrode 60 geteilt sind, wobei die erste Flächenelektrode einen ersten Bereich 50a und einen zweiten Bereich 50b und auch die zweite Flächenelektrode 60 ebenfalls einen ersten Bereich 60a und einen zweiten Bereich 60b aufweisen, die durch eine (gekrümmte) Trennlinie 61 voneinander isoliert sind. Die Trennlinie entlang der ersten Flächenelektrode 51, die den ersten und zweiten Bereich 50a, b elektrisch voneinander trennt, verläuft dabei entlang der einen Diagonale der als Rechteck geformten ersten Flächenelektrode 50, wohingegen die Trennlinie 61 entlang der anderen Diagonale der ebenfalls als Rechteck geformten zweiten Flächenelektrode 60 verläuft. Die erste und zweite Flächenelektrode 50, 60 befinden sich dabei in dem Abstand d, der beispielsweise durch das Distanzelement 13 realisiert werden kann. 10 for a concrete embodiment, in which both the first surface electrode 50 as well as the second surface electrode 60 are divided, wherein the first area electrode, a first area 50a and a second area 50b and also the second surface electrode 60 also a first area 60a and a second area 60b have, by a (curved) dividing line 61 isolated from each other. The dividing line along the first surface electrode 51 covering the first and second area 50a , b electrically separated from each other, runs along the one diagonal of the rectangle-shaped first surface electrode 50 whereas the dividing line 61 along the other diagonal of the likewise shaped as a rectangle second surface electrode 60 runs. The first and second surface electrodes 50 . 60 are located in the distance d, for example, by the spacer element 13 can be realized.

Die Sensitivität des kapazitiven Sensors kann zum einen durch eine Variation der Gestaltung der Flächenelektroden 50, 60 erreicht werden und zum anderen durch eine Variation der nach außen gewölbten Außenwand 20 erreicht werden. Bezüglich der Gestaltung der Flächenelektroden 50, 60 wurden in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen bereits einige konkrete Realisierungen dargestellt. Wie bei der 1 bereits beschrieben kann die nach außen gewölbte Außenwand 20 so gewählt werden, dass sich die Bewegung Δs des Teils 40 für bestimmte Neigungen besonders stark ändert. Im Allgemeinen wird bei einer nur schwach konvex gekrümmten Außenwand 20 eine hohe Sensitivität erreicht, währenddessen eine starke nach außen gewölbte Außenwand eine geringe Sensitivität zeigen wird. Oft wird es weniger vorteilhaft sein, dass die nach außen gewölbte Außenwand eine halbkreisförmige Form aufweist, sondern stattdessen nur ein Kreissegment darstellt, wobei der Kreis einen sehr großen Radius haben sollte, um eine möglichst hohe Sensitivität zu erreichen. Beim Einstellen der hohen Sensitivität ist jedoch zu berücksichtigen, dass eine hohe Sensitivität in der Regel damit einhergeht, dass nur ein begrenzter Winkelbereich erfassbar ist und dass ab einem bestimmten Grenzwinkel weitere Neigungen kaum oder nur sehr eingeschränkt erfassbar sind.The sensitivity of the capacitive sensor can on the one hand by a variation of the design of the surface electrodes 50 . 60 be achieved and on the other by a variation of the outwardly curved outer wall 20 be achieved. Regarding the design of the surface electrodes 50 . 60 In the various embodiments, some concrete implementations have already been presented. As with the 1 already described, the outwardly curved outer wall 20 be chosen so that the movement Δs of the part 40 especially strong for certain passions. In general, with a slightly convex curved outer wall 20 high sensitivity, while a strong outwardly curved outer wall will show low sensitivity. Often it will be less advantageous that the outwardly curved outer wall has a semi-circular shape, but instead represents only a circle segment, the circle should have a very large radius in order to achieve the highest possible sensitivity. When setting the high sensitivity, however, it must be taken into account that a high sensitivity is usually associated with the fact that only a limited angular range can be detected and that, starting at a certain critical angle, further inclinations are barely detectable or only to a very limited extent.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die dielektrische Flüssigkeit und der Hohlraum 10 derart beschaffen sein, dass die Innenwände der Sensorkavität 10 besser oder schlechter benetzt werden. Durch diese Eigenschaften kann die Form der beispielhaften Luftblase 40, die sich beim Füllen des Hohlraums 10 mit der dielektrischen Flüssigkeit 30 herausbildet, beeinflusst werden. Auch die Anzahl der Bereiche der ersten und zweiten Flächenelektrode 50, 60 und deren Form kann weiter variiert sein (z. B. drei Bereiche pro Flächenelektrode).In further embodiments, the dielectric fluid and the cavity 10 be such that the inner walls of the sensor cavity 10 be wetted better or worse. Due to these characteristics, the shape of the exemplary bubble can 40 that occurs when filling the cavity 10 with the dielectric liquid 30 forms, be influenced. Also, the number of areas of the first and second surface electrode 50 . 60 and their shape may be further varied (eg, three areas per area electrode).

Claims

Capacitive sensor for detecting a measured variable, comprising: a cavity ( 10 ) with a lateral extent (B), wherein the cavity ( 10 ) a slightly outwardly curved outer wall (B) compared to the lateral extension (B) 20 ), wherein in the cavity ( 10 ) a dielectric fluid ( 30 ), a part ( 40 ) of the cavity ( 10 ), is loadable, and wherein the part ( 40 ) has a different dielectric constant than that of the dielectric fluid ( 30 ) Has; and a first surface electrode ( 50 ) located on a side wall of the cavity ( 10 ) is formed, and a second surface electrode ( 60 ) formed on a side wall opposite to the side wall, wherein the first and second surface electrodes ( 50 . 60 ) in the cavity ( 10 ) are formed such that a movement (Δs) of the part ( 40 ) in the dielectric fluid ( 30 ) along the outwardly curved outer wall ( 10 ) in response to the measured variable to a capacitance change between the first and second surface electrode ( 50 . 60 ), and wherein the slightly outwardly curved outer wall ( 20 ) has a radius of curvature, wherein the double radius of curvature is greater than the lateral extent (B).

Capacitive sensor according to claim 1, wherein the measured variable is an inclination of the capacitive sensor in the direction of a curvature of the convex outer wall (FIG. 20 ).

Capacitive sensor according to claim 1 or claim 2, wherein the outwardly curved outer wall ( 20 ) has a curvature such that surface normals of the outwardly curved outer wall ( 20 ) in an angular range of less than 40 ° or less than 20 ° over the lateral extent (B) of the outwardly curved outer wall ( 20 ) vary.

Capacitive sensor according to one of the preceding claims, in which the first surface electrode ( 50 ) a first area ( 50a ) and a second area ( 50b ), which are separated from one another along a dividing line ( 51 ) are electrically insulated so that a first and a second covering surface (A1, A2) of the dielectric liquid ( 30 ) with the first and second areas ( 50a . 50b ), wherein the first and second covering surfaces (A1, A2) move during the movement (Δs) of the part (11) 40 ) change in opposite directions.

Capacitive sensor according to claim 4, further comprising an evaluation unit ( 90 ), and the evaluation unit ( 90 ) is adapted to detect a difference between a first capacitance (C1) and a second capacitance (C2), wherein the first capacitance (C1) between the first area (C1) 50a ) and the second surface electrode ( 60 ) and the second capacitance (C2) between the second region ( 50b ) and the second surface electrode ( 60 ) is formed.

A capacitive sensor according to claim 4 or claim 5, wherein the first area electrode ( 50 ) has a rectangular shape and the line ( 51 ) along a diagonal of the rectangular shaped first area electrode ( 50 ) is trained.

Capacitive sensor according to one of claims 4 to 6, wherein the second surface electrode ( 60 ) a first and second area ( 60a . 60b ), along a further dividing line ( 61 ) are separated from each other, wherein the dividing line ( 51 ) and the further dividing line ( 61 ) are skewed to each other.

Capacitive sensor according to one of the preceding claims, in which the cavity ( 10 ) by a spacer element ( 13 ) is defined, wherein the spacer element ( 13 ) the outwardly arched outer wall ( 20 ) and between a first electrode carrier ( 11 ) with the first surface electrode ( 50 ) and a second electrode carrier ( 12 ) with the second surface electrode ( 60 ) is arranged.

Capacitive sensor according to one of the preceding claims, in which the first surface electrode ( 50 ) four areas ( 50a . 50b . 50c . 50d ), wherein in each case two of the four regions are arranged comb-like to each other and electrically connected.

A capacitive sensor according to any one of claims 6 to 9, wherein a long side of said rectangular-shaped first surface electrode (10) 50 ) is curved such that the long side parallel to the outwardly curved outer wall ( 20 ) is trained.

Capacitive sensor according to one of the preceding claims, further comprising a capillary-forming element ( 14 ) and the capillary forming element ( 14 ) is arranged so that between the capillary-forming element ( 14 ) and the outwardly curved outer wall ( 20 ) a capillary ( 16 ), the part ( 40 ) from both the capillary forming element ( 14 ) as well as from the outwardly curved outer wall ( 20 ) is limited.

Capacitive sensor according to one of claims 4 to 7, wherein the first surface electrode ( 50 ) along the outwardly curved outer wall ( 20 ) is formed and the second surface electrode on one of the outwardly curved outer wall ( 20 ) is arranged opposite side, so that a movement of the part ( 40 ) to changing sectional areas of the part ( 40 ) with the first and the second area ( 50a . 50b ) leads.

Capacitive sensor according to Claim 12, in which the outer wall ( 20 ) has a convex outwardly shaped surface in two directions so that the part (FIG. 40 ) when rotating about a first axis of rotation ( 80a ) along one direction ( 8a ) and when rotated about a second axis of rotation (FIG. 80b ) along one direction ( 8b ), wherein the first and second axes of rotation ( 80a . 80b ) are perpendicular to each other.

A capacitive sensor according to claim 12 or claim 13, wherein the first area electrode ( 50 ) four areas ( 50a . 50b . 50c . 50d ), the four regions ( 50a . 50b . 50c . 50d ) by a cross-shaped dividing line ( 51 ) are electrically isolated from each other.

Capacitive sensor according to one of the preceding claims, in which inner walls of the cavity ( 10 ) for the dielectric fluid ( 30 ) are not wetting.

Capacitive sensor according to one of the preceding claims, in which the part ( 40 ) is an air bubble or vacuum.

Capacitive sensor according to one of the preceding claims, in which the part ( 40 ) has a further dielectric liquid, wherein the further dielectric liquid with respect to its density and dielectric constant of the dielectric liquid ( 30 ) and both dielectric fluids are immiscible.

Capacitive sensor for detecting a measured variable, comprising: a cavity ( 10 ), which has an outer wall ( 20 ), wherein in the cavity ( 10 ) a dielectric fluid ( 30 ), a part ( 40 ) of the cavity ( 10 ) is introduced, wherein the part ( 40 ) has a different dielectric constant than that of the dielectric fluid ( 30 ) and only so much dielectric fluid ( 30 ) is introduced that the part ( 40 ) laterally through the liquid and not through a wall of the cavity ( 10 ) is limited; and a first and second surface electrode ( 50 . 60 ), which are in the cavity ( 10 ) are formed such that a movement (Δs) of the part ( 40 ) in the dielectric fluid ( 30 ) along the outer wall ( 20 ) in response to the measured variable to a capacitance change between the first and second surface electrode ( 50 . 60 ) leads.

Method for producing a capacitive sensor for detecting a measured variable, comprising the following steps: providing a cavity ( 10 ), which has an outer wall ( 20 ) having; Forming a first and second surface electrode ( 50 . 60 ) in the cavity ( 10 ); and introducing a dielectric fluid ( 30 ) in the cavity ( 10 ), so that part ( 40 ) of the cavity ( 10 ) is left open, the part ( 40 ) has a different dielectric constant than that of the dielectric fluid ( 30 ) having; wherein the first and second surface electrodes ( 50 . 60 ) are formed such that a movement (Δs) of the part ( 40 ) in the dielectric fluid ( 30 ) along the outer wall ( 20 ) in response to the measured variable to a change in capacitance between the first and second surface electrode ( 50 . 60 ) leads.