(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔膜圧力測定セル構造であって、
セラミック隔膜圧力測定セル（１７）を備え、前記セラミック隔膜圧力測定セルは、
ａ）Ａｌ2Ｏ3セラミックまたはサファイアの群のいずれか１つの材料で作られたハウジング本体（２）を含み、
前記ハウジング本体（２）は前面と裏面とを有しており、
前記セラミック隔膜圧力測定セルは、
ｂ）Ａｌ2Ｏ3セラミックまたはサファイアの群のいずれか１つの材料で作られるとともに、前記ハウジング本体（２）と近接して配置された隔膜（６）をさらに含み、
前記隔膜（６）は実質的に平坦であり、かつその円周に縁部領域を有しており、
前記隔膜（６）の前記縁部領域は、ガラスによって前記ハウジング本体（２）と封止結合されており、それによって前記ハウジング本体（２）と前記隔膜（６）の間に基準圧力室（５）を形成しており、
前記隔膜（６）の第２の表面は、前記セラミック隔膜圧力測定セル（１７）を測定されるべき媒体と接続するための測定接続開口部（４０）によって暴露され、
前記セラミック隔膜圧力測定セルは、
ｃ）前記ハウジング本体（２）の表面の少なくとも中央領域において、圧力測定信号を形成するために、前記隔膜（６）の撓みを検出する手段と、
ｄ）前記ハウジング本体（２）の裏面にガラス（８）によって封止状に取り付けられ、前記ハウジング本体（２）を取り囲むように突出するとともに前記ガラスによって覆われた表面領域を含むセラミックの支持体（１）とをさらに含み、それによって前記ガラスは第１の封止面を形成し、前記セラミックの支持体は裏面を有し、
前記隔膜圧力測定セル構造は、
ｉ）前記セラミック隔膜圧力測定セル（１７）を収容し、前記セラミックの支持体（１）を保持および固定する管状のセンサハウジング（１９）をさらに備え、
前記管状のセンサハウジング（１９）は、前記第１の封止面に対応する第２の封止面を内側に有し、
前記隔膜圧力測定セル構造は、
ｉｉ）前記ガラスの第１の封止面と前記第２の封止面との間に、金属全体からリングを加工することによって作られた無溶接金属シールリング（１８）と、
ｉｉｉ）前記ガラスの第１の封止面を前記無溶接金属シールリング、およびその後面の前記第２の封止面に向けて押圧するための、前記セラミックの支持体（１）の裏面に配置されかつ前記セラミックの支持体および前記管状のセンサハウジングと協働する押圧手段（２０）とをさらに備える、隔膜圧力測定セル構造。
【請求項２】
前記無溶接金属シールリング（１８）は、可延性の材料（２１）によりコーティングされた表面を有する、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項３】
前記無溶接金属シールリング（１８）は、可延性の金属（２１）によりコーティングされた表面を有する、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項４】
前記金属（２１）は、金である、請求項３に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項５】
前記無溶接金属シールリング（１８）は、セラミック材料（２１）によりコーティングされた表面を有する、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項６】
前記第１の封止面は、耐食性のコーティング（２２）でコーティングされる、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項７】
前記耐食性のコーティング（２２）は酸化アルミニウムからなる、請求項６に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項８】
前記セラミックの支持体は円板状である、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項９】
前記隔膜（６）はサファイアの形態の酸化アルミニウムでできている、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項１０】
前記ハウジング本体（２）は少なくとも部分的にサファイアの形態の酸化アルミニウムセラミックでできている、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項１１】
前記ハウジング本体（２）の少なくとも中央領域には光学窓が形成されて、
前記光学窓と向かい合うように、前記隔膜（６）の表面の少なくとも一部が光学的に反射をするように形成され、
前記基準圧力室（５）の外部で前記光学窓と向かい合いながらこれと間隔をおいて、前記隔膜（６）の表面に光を導入および導出するための光ファイバ（３３）が配置されており、前記隔膜（６）の表面へ光を光学結合するために前記光ファイバ（３３）と前記光学窓の間にレンズ（３０）が設けられており、それにより前記隔膜（６）の撓みの程度をファブリ・ペロー干渉計によって検出するための測定構造が形成される、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項１２】
前記隔膜（６）の表面の少なくとも１つの領域は、光学的に反射をするように構成され、
この光学的に反射をする領域と向かい合うように、光ファイバ（３３）が前記ハウジング本体（２）に封止をするように埋設され、
前記光ファイバは前記隔膜（６）の反射をする表面へ光を導入および導出するために前記基準圧力室（５）まで達しており、それにより前記隔膜（６）の撓みの程度をファブリ・ペロー干渉計によって検出するための測定構造が形成される、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項１３】
前記ハウジング本体（２）の表面と対向する前記隔膜（６）の表面は、少なくとも部分的にコンデンサを形成する導電性材料でコーティングされており、それによってコンデンサを形成しており、そのキャパシタンス変化を測定することによって前記隔膜（６）の撓みを検出することができる、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項１４】
前記隔膜圧力測定セル構造は、少なくとも１．０ｂａｒから５００ｂａｒの範囲内の圧力のための高圧測定構造である、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項１５】
前記隔膜圧力測定セル構造は、少なくとも１５０℃から６５０℃の範囲内の温度のための高温圧力測定構造である、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項１６】
前記隔膜圧力測定セル構造は、高真空圧測定構造である、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項１７】
前記隔膜圧力測定セル構造は、油田採掘穴用の高圧測定セルを構造である、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項１８】
前記無溶接金属シールリング（１８）と同じ軸および半径を含むとともに前記セラミックの支持体（１）の裏面と前記押圧手段（２０）との間に配置された金属リング（３４）をさらに含み、前記金属リング（３４）の材料は、セラミックの表面構造によって変形するように十分に軟質であるとともに、印加圧力の下でクリープ変形しないように十分に硬質である、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【請求項１９】
前記セラミックの支持体（１）と前記ハウジング本体（２）とは、同一の材料からなるように一体的に構成されている、請求項１に記載の隔膜圧力測定セル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提項に記載されている隔膜圧力測定セルに関する。
本発明は、特に、高い温度で適用するための高圧センサの金属シールシステムに関するものであり、この高圧センサは耐食性に構成されており、セラミックおよび／またはサファイアをベースとしており、そのように厳しい適用条件のための光学式の隔膜センサとして特別に構成されている。本発明は、このような種類の要求事項との関連で生じる問題の解決法を記載しており、それは特に、ハウジングに対するセンサ測定セルの封止個所の密閉性と耐食性、測定セルの基準圧力室のシール、センサ構造の長期安定性を実現するためのシール応力の削減といった問題である。このようなテクノロジーは、圧力測定の用途だけでなく真空測定の用途にも採用することができ、そのために、隔膜の撓みを検出する光学式、電気式、またはその他の手段が利用され、そこでは特に耐食性が必要であり、あるいは、使用される種々の材料との適合性も必要である。
【背景技術】
【０００２】
この技術分野が包含するのは、液体や気体のような腐食性の媒体とともに使用するための高温測定セルと高圧測定セル、サファイア／セラミックの測定セル（センサ）を金属ハウジングに入れたカプセル、金属シールシステム、光ファイバ式の「低コヒーレンス干渉計側法」、隔膜の撓みの容量式の測定、特に高い温度と油井掘削穴やボーリングでの特別な用途における圧力測定技術および／または真空測定技術などである。
【０００３】
石油産出量の枯渇が目前にせまっていることから、新たな海洋での産出量の獲得を求める圧力が高まっており、また、オイルサンド産出のような他の資源を求める圧力も高まっている。したがって、石油採取のための新たなテクノロジー、特に圧力測定と温度測定のためのテクノロジーが必要となっている。圧力測定によってオイル採取プロセスをより良く管理することができる。オイル貯蔵所の改善された取扱いにより、採掘して採算のとれるオイルの割合をおよそ１０％から２０％高めることができると予想される。
【０００４】
圧力測定は、大量のオイルサンド産出地の油を採取できるようにするために、特に「水蒸気支援重力排油法（Ｓｔｅａｍ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｇｒａｖｉｔｙ  Ｄｒａｉｎａｇｅ、ＳＡＤＧ）」のような新たな抽出テクノロジーのきわめて重要な部分である。主要な産出地はカナダ、ベネズエラ、アメリカ、ロシア、中東などにある。
【０００５】
こうした要因はすべて、深さを増す一方の採掘穴で、圧力測定の新たなテクノロジーを具体化することの必要性の一因をなしており、これには高さを増していく温度や、化学的に攻撃性のある環境が伴っており、このことは、数キロメートルの深さの採掘穴における最大１０００ｂａｒの圧力範囲と数百℃のもとで確実に作動するセンサを必要とする。エレクトロニクスが内蔵された従来の測定セルは、このように苛酷な環境のもとで作動することができず、仕様に応じておよそ１８０℃までしか適用することができない。
【０００６】
光ファイバシステムは、それ自体としては、考えられる解決法として基本的に考慮の対象とすることができる。特別な作動条件を満たす完全に受動的な光学測定セルを具体化し、カプセル化することができるからであり、生成される光学信号を長い距離にわたって信号品質の損失なく伝送することができる。さらに、このシステムにはＥＭＩ問題がなく、また、電気信号が伝送されることがないので本質的に安全である。
【０００７】
光学式の隔膜測定セルは文献にすでに記載されている（たとえばＬｏｐｅｚ−Ｈｉｇｕｅｒａ、２００２；Ｔｏｔｓｕら、２００３）。このような構造は、基本的に隔膜測定セルである。測定セルの読取は光学手段によって実現される。２つの部分の距離を測定するために、数多くの光学手段が存在している。それに対して、１０分の１オングストロームから１ミリメートルの範囲の距離を測定しなくてはならない実際の圧力測定構造では、主としてファブリ・ペロー法に基づく構造が採用される。主な用途は、化学的なプロセスの監視やバイオ医学上の用途であった。このような種類のセンサは、典型的な場合、大気圧よりも上の圧力で作動する。最大５５０℃の温度で隔膜の撓みを測定するための光学式の手法は、たとえば外部のファブリ・ペロー干渉計を利用した「Ｌｕｎａ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ」など、いくつかの商業製品で具体化されている。Ｔａｉｔｅｃｈ社、ＦＩＳＯ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社、Ｄａｖｉｄｓｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社などのセンサはＭＥＭＳテクノロジーを利用している。Ｖｉｒｇｉｎｉａ  Ｔｅｃｈ社は単結晶サファイアセンサを製作している。
【０００８】
サファイア／セラミックセンサを金属ハウジングによってカプセル化ないし保持する典型的な手法の要諦は、Ｏリングのシール材を利用するか、または、各部分をはんだ付けすることにある。エラストマーシールシステムは、１５０℃を超える高温の用途向けに利用することができず、エラストマー材料によっては腐食性の媒体とともに使うこともできない。はんだ付けは恒久的な結合につながり、センサを容易に取り替えることができなくなる。そのうえ、はんだ付け結合は腐食性の攻撃や、関与する材料の異なる熱膨張係数による熱応力に対して弱く、たとえば、油田掘削の用途で予期される高い温度と腐食性の媒体のもとでは耐食性でない、中間材料として通常用いられるＶａｃｏｎなどはこれに当たる。
【０００９】
欧州特許第０４６１４５９Ｂ１号（米国特許第５，１７７，１５７号に対応）には、隔膜の外側領域に取り付けられたガラス層の上で封止をするフルオロエラストマーからなるシールリングを備える、セラミック圧力測定セルのシール材が記載されている。このようなシールシステムは室温の環境のもとでは利用することができるが、それに対して、２００℃を超える高温の用途では利用することができず、腐食性の媒体とともに利用することもできない。フルオロエラストマーは一般に腐食性の用途については適しておらず、もしくは許容されていないからである。したがって、腐食性の媒体をともなう高温の用途については、金属シールシステムが利用される。金属シールシステムは一般にエラストマーよりも硬く、したがって、そのように高い硬質の金属シール材の密閉力と点荷重にガラスコーティングが耐えることができるとは予想されず、ないしは、できるかどうか不明である。センサの隔膜部分の上に硬質のシール材を直接載せることはセンサで応力につながり、そうした応力は隔膜の追加の撓みを生起し、その弛緩は時間を通じての基本的にセンサドリフトとして現れる。このような種類の隔膜の応力を防止するために、シール領域は隔膜の直接上にあるのではない。ガラス層が腐食性の媒体に対して耐性を有していないケースでは、セラミックまたはその他の適当な材料からなる防護層でガラス層がコーティングされなくてはならない。
【００１０】
欧州特許第０３７２９８８Ｂ１号（米国特許第４，８８８，６６２号に対応）には、センサの隔膜領域の上に載るさまざまな材料からなるＯリングのシール材を利用した、高圧用途のためのセラミック測定セルの封止が記載されている。このシール材は、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））よりも軟らかく、金属材料も含む材料でできている。軟質の金属は封止力によって変形し、それによってセラミックをぴったり封止するという利点がある。このような種類の軟質材料の欠点は融点にあり、そのために高い温度での用途には適していない。しかもこのような材料は、シール構造の各部分の温度差によって、またはセンサに印加される圧力によって、間隙が変化するようなケースで弾性的ではない。また、多くのケースにおいて腐食性の用途にも適していない。これに加えてシール材が隔膜の一部に直接当接しており、このことはセンサにおける追加の応力と撓曲につながり、それが時間とともに弛緩し、それによって望ましくないセンサドリフトとして現れる。
【００１１】
現在、種々のテクノロジーによる種々の圧力センサや温度センサが石油採掘の用途で適用されているが、その主なテクノロジーとして、ひずみゲージと振動ワイヤセンサが用いられている。その大半は、使用されるエレクトロニクスのために使用温度に関して制限される。多くの場合、エレクトロニクスは２００℃以下のスペックとなっており、あるいは大抵は１７７℃以下だからである。それに対して、石油輸送市場の企業の証言によれば、常設のボーリング穴センサについては１２０℃までしか十分な機能を実現することができず、これは当該用途のスペックの温度を明らかに下回っている。一般に、光学センサはエレクトロニクスに関して温度の問題を解決できることが知られている。エレクトロニクスが高い温度に耐えなくてもよいからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような種類の光学センサを製造するにあたっての主な問題は、外部の条件に対する耐久性と安定性をセンサに備えることができ、高い測定感度を実現し、腐食性の液体や気体に対して耐性があり、長い耐用寿命を有し、信号を伝達する光ファイバケーブルと当該センサを接続するのに好適であるようにする解決法を見出すことにある。
【００１３】
米国特許出願公開第２００５／０１９５４０２Ａ１号には、完全な単結晶サファイアセンサを具体化する実験が記載されている。この提案は、隔膜の小さい寸法に限定されている。このことは低い測定感度、低い基準圧力品質、ヒステリシス現象、温度依存性、密閉性と頑丈な設計形態を実現するために他の材料と組み合わせるのが難しい構造につながる。
【００１４】
上述した用途のための光学センサの製造にあたっての主たる問題の１つは、工業的に製造された金属の標準合金からなるのが通常である周囲の器具ハウジングへ、光学センサセルを組み付ける手段である。構造が頑丈で漏れがなく、耐食性で長期使用に耐えて安定的であり、もっとも重要なこととして、高い温度と圧力の環境中でもセンサ機能に最小の影響しか生じない解決法が求められている。
【００１５】
セラミック高圧センサのための公知のシール方法は、隔膜の上で直接封止をするポリマーのＯリングを使用している。隔膜に直接押圧されるＯリングのようなシールリングの使用は、望ましくない隔膜の撓曲が生じることから、測定信号に対して容易に大きな影響を及ぼす場合があり、これに加えて温度依存的な場合もある。このことは望ましくないセンサの信号挙動とドリフトにつながり、油田ボーリングまたはその他のこれに類似する要求事項の高い用途について求められる精度と長期安定性を満たさない。数百ｂａｒに対して密封できるようにするために必要なこのように高い程度の圧力で隔膜に直接挟み込むことは、必然的に、不均等に分布する隔膜の荷重につながる。
【００１６】
さらに別の重要な問題は、たとえばセラミックと金属といった異なる材料の組み合わせにある。異なる熱膨張係数は各部分のあいだの膨張の差異につながり、したがって構造における応力につながる。これに加えて、一方または他方の種類の高い程度の応力は、これを補償する弛緩につながる。このことは、クリープひずみが生じた場合に、たとえば変位運動や粘性流れが生じた場合に、測定信号の長期ドリフトとして現れる。
【００１７】
ポリマーをベースとするシール材料は、典型的な場合、２００℃を超える温度と２０ｂａｒを超える圧力での用途には適していない。サファイアをベースとするセンサとの組み合わせにおける金属をベースとするシール材料は、高い程度に研磨された表面を必要とし、また、不均等なシール材圧力分布や強い点状の荷重が生じたときに、センサの破断を生じる。たとえばサファイアに代わる酸化アルミニウムのようなセラミックの上で封止面を使用する場合、多結晶の表面構造における欠陥個所（個々の粒子の破損）によって引き起こされる研磨表面の残留粗さがあるために、軟質のシール材料が必要となる。しかも、研磨は追加の熱処理を必要とする亀裂形成の確率を高め、それによって延いてはコストが高くなる。軟質のシール材料の欠点は、高い温度、高い圧力、腐食性の環境との不適合性であり、および、関与する材料の等しくない熱膨張係数によって引き起こされる小さな間隔変化を補償するための弾性が不十分なことである。
【００１８】
したがって本発明の課題は、従来技術の欠点を取り除くことにある。特に本発明の課題は、高い温度と圧力の腐食性の環境で使用するための、特に石油採掘の用途のための、液体や気体の圧力を測定する隔膜圧力測定セル構造であって、それにもかかわらず高い測定解像度と、測定構造の長期安定性とを可能にするものを具体化することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この課題は、当分野に属する隔膜圧力測定セル構造において、請求項１の構成要件に基づいて解決される。従属請求項は、本発明のさらに別の好ましい実施形態を対象としている。
【００２０】
本発明は、光学干渉法によるセラミック圧力センサのための金属シールシステムを含んでおり、
ａ）適性の優れた好ましくは金属のハウジングへの、または石英のようなその他の適当な材料への、測定セルの密閉された組み付けを可能にするとともに、
ｂ）光信号の伝送に利用される光学系およびファイバ光学系の寸法と材料の広い選択を許容する、外部の光学系の使用を可能にする構造を有している。
【００２１】
これら両方の構成要件ａ）およびｂ）は、特に経済性の面から大きな重要性がある。
高い温度で高い圧力を測定するのに適している本発明による測定セル構造は、米国特許第７，３０５，８８８号（Ｗａｅｌｃｈｌｉら）に記載されているような光学式の隔膜測定セル構造に基づいている。同文献は、本件出願の不可欠な構成要素をなすものである。
【００２２】
本発明による隔膜圧力測定セル構造は次のものを含んでいる：
−Ａｌ２Ｏ３セラミックまたはサファイアの群のいずれか１つの材料からなるハウジング本体を含むセラミックの隔膜圧力測定セルであって、ハウジング本体は前面と裏面とを有している；
−Ａｌ２Ｏ３セラミックまたはサファイアの群のいずれか１つの材料からなる、前記ハウジング本体と向き合うように配置された隔膜であって、この隔膜は実質的に平坦であり、その円周に縁部領域を有しており、この縁部領域は第１のシール材によってハウジング本体と結合されており、それによってハウジング本体と隔膜の間に基準圧力室を形成しており、この隔膜は互いに向き合って位置する第１および第２の表面を有しており、第１の表面はハウジング本体の表面と向き合うように配置されており、隔膜の第２の表面は、セラミックの隔膜圧力測定セルを測定されるべき媒体と接続する測定接続開口部に暴露された外側表面を形成しており、ハウジング本体の表面の少なくとも中央領域には、圧力測定信号を形成するために、隔膜の撓みを検出する手段が設けられている；
−ハウジング本体の裏面にシールガラスによって取り付けられたセラミックの支持体であって、この支持体は、ハウジング本体を取り囲むように突出して第１の封止面を形成する表面領域を有しており、このセラミックの支持体は裏面を有している；
−セラミックの隔膜圧力測定セルを収容し、セラミックの支持体を保持および固定する管状のセンサハウジングであって、この管状のセンサハウジングは、第１の封止面に対して対応するように配置された第２の取り囲む封止面を内側に有している；
−これら第１および第２の封止面の間の金属シールリングであって、両方の封止面を押し合わされた位置に保つ、セラミックの支持体の裏面にある圧着手段を有している。
【００２３】
次に、図面を参照しながら本発明を模式的かつ一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に基づく測定セルの好ましい構成を模式的に断面図として示す図である。
【図２】基準室の接続部が金属カプセル化された本発明の別の構成を示す、図１に類似する図である。
【図３】ゲッター材料を備える構造を有する本発明の別の構成を示す、図１に類似する図である。
【図４】基準室への接続部のない本発明の別の構成を示す、図１に類似する図である。
【図５】貫通孔を有する円板状の支持体を備える本発明の別の構成を示す、図１に類似する図である。
【図６】基準室の接続部を密閉するためのシールボールを備える本発明の別の構成を示す、図１に類似する図である。
【図７】金属ハウジングの中で光ファイバ式の測定セルをカプセル化して保持するための本発明による構造を示す断面図である。
【図８】本発明に基づく高い純度のガス流用途向けの圧力測定のための、光学式の信号読取が行われるセラミック／サファイアの測定セルの組み付けを示す断面図である。
【図９】キャパシタンス測定のテクノロジーが適用される圧力測定のための、セラミック／サファイアの測定セルを備える本発明の別の構成を示す、図８に類似する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１には、本発明による隔膜圧力測定セル構造の好ましい構成が示されている。この構成は、好ましくは円板状であり好ましくはＡｌ２Ｏ３からなる支持体１を含んでいる。いくつかの実施形態では、少なくとも支持体１の部分領域で単結晶サファイアがそのために用いられる。測定セルは、好ましくは単結晶サファイアハウジングとして構成され、好ましくは測定セルの基準室５へのアクセスを成立させるために切欠き４を備える接続部３を有する、セラミックのハウジング本体２も含んでいる。鏡面コーティング７を有する、単結晶サファイアからなる隔膜６も設けられている。シールガラス８（ガラスはんだ）により、支持体１はハウジング本体２と封止をするように結合されており、隔膜６もハウジング本体２と結合されて、共同で基準室を形成して取り囲んでいる。シールカバー１０を備える別のシールガラス９は、接続配管３を密閉している。別案の実施形態では、カバー１０に代えてシールボール１１を使用することもでき、その様子は図６に示されている。
【００２６】
図２に示すさらに別の実施形態では、接続配管３を閉じるために、はんだ金属合金１２が銀の小板１３または銀の液滴とともに用いられる。図３に示すさらに別の実施形態では、基準室５のために接続部３を介してゲッター材料１５が配置されるとともに、ゲッター材料１５を切欠き４のシールカバー１０に対して押し付けるばね１４が配置されている。ある種の別の構成では、基準室に通じる接続配管３は全面的に省略されており、その様子は図４に示されている。図１に示す好ましい構成では、ハウジング本体２の接続配管３は円板の直径の範囲外に位置している。図５に示すような特定の実施形態では、セラミック円板ないし支持体１は、接続配管３の閉止部へのアクセスを可能にする貫通孔１６を有している。
【００２７】
上述した光学式の隔膜測定セルの機能形態は、たとえば米国特許第７，３０５，３８８号（Ｗａｅｌｃｈｌｉら）から公知である。隔膜６の両方の異なる側の間の圧力差が隔膜を撓曲させ、それによって光学的なキャビティの長さも相応に変化する。光はサファイアハウジング本体２により、部分反射をする隔膜の表面に集束される。そこで２つの向かい合う鏡面７の間に複数回の反射が起こり、それをうけて干渉が起こり、次いで、公知の手法（たとえばフィゾー干渉計（ＦＩＳＯ）；白色光偏光干渉計（ＯＰＳＥＮＳ）；マイケルソン干渉計；分光計など）を用いて光が検出されて分析され、光学的なキャビティの差異を求めることで、隔膜における圧力差が判定される。隔膜６の厚みはその自由直径および所望の最大撓曲とともに、適用可能な圧力範囲を定義する。隔膜の直径はたとえば１１ｍｍであってよく、その厚みは約３００μｍである。真空の用途については、隔膜直径は約５．０ｍｍから８０ｍｍの範囲内であり、その厚みは１０μｍから７６０μｍの範囲内にあるのが好ましい。
【００２８】
油田ボーリングでの用途のような高圧の用途については、隔膜直径ないし隔膜半径の好ましい範囲は次のようにして求めることができる：
【００２９】
【数１】
0005546460.tif 000002
【００３０】
このとき：
ω（オメガ）＝隔膜（ダイヤフラム）の撓み
ｐ＝隔膜（ダイヤフラム）に印加される圧力
Ｅ＝弾性係数
ν（ニュー）＝ポアソン定数
ｒ＝隔膜（ダイヤフラム）の半径
ｔ＝隔膜厚み
特定の高い圧力についての隔膜厚みと隔膜直径の好ましい値の例は、５．５μｍの隔膜の撓みについて下記に掲げるとおりであり、次の範囲内にある：
１．０ｂａｒから１０００ｂａｒまで：
ａ）２ｍｍの隔膜直径について：０．０２２ｍｍから０．２２ｍｍの隔膜厚みの範囲
ｂ）８ｍｍの隔膜直径について：０．１４ｍｍから１．４ｍｍの隔膜厚みの範囲
ｃ）３０ｍｍの隔膜直径について：０．８ｍｍから８．０ｍｍの隔膜厚みの範囲
印加される圧力が１．０ｂａｒから１０００ｂａｒの範囲内にあるとき、隔膜直径の範囲は２．０ｍｍから３０ｍｍの範囲内にあり、隔膜厚みの範囲は２０μｍから１０ｍｍの範囲内にあるのが好ましい。
【００３１】
両方の表面の間の距離は、隔膜６の縁部とハウジング本体２との間に配置されるシール材料８を用いて、組み立てのときに直接調整されるのが普通である。このようにして、ハウジング本体の表面に関して高いコストのかかる構造を回避することができる。間隙幅を調整するためにスペーサ部材を利用することも可能であるが、これは、あまり好ましくない実施形態である。ハウジング本体２と隔膜６の間の平行性は、最善の信号品質を得るために５ｍｒａｄよりも良いのがよく、１ｍｒａｄよりも良いのが好ましく、このとき表面粗さは光波長のλ／５よりも小さいのがよく、λ／１０よりも小さいのが好ましい。このシール材はたとえば好ましくはガラスペーストでできており、これは簡単に取り扱うことができ、たとえばスクリーン印刷法によって塗布することができる。さらに、ハウジング本体２に対する縁部領域での隔膜６の封止は溶接によって実現することができ、たとえば米国特許出願公開第２００５／０１９５４０２Ａ１号に記載されているように、レーザ溶接によって実現することができる。封止をする結合を成立させるこれ以外の選択肢は、Ａｌ２Ｏ３とは異なる材料を全面的に回避できるようにするために、たとえばすでに未加工品の段階で両方のハウジング部分を拡散によって結合することにあり、あるいは、スイス特許出願第００５７７／０７号（Ｂｅｒｔｓｃｈら、国際公開第２００８／１２２１３４号パンフレットに対応）に記載されているように、アルミニウム酸化ボンディングを用いて結合することにある。
【００３２】
シールガラス８の印刷や焼結等についてのプロセス記述は、米国特許第６，５２８，００８号に記載されている。
【００３３】
１１ｍｍの外側直径と８ｍｍの自由な内側の隔膜直径をもつ測定セルの１つの典型例は、約２から５０μｍ、好ましくは１０から３０μｍの間隙幅を有している。この好ましい例では、支持円板ないし支持体１は２から１０ｍｍの厚みを有しており、ハウジング本体２もこれと等しい厚み範囲内にある。ハウジング本体２と支持体１は、隔膜材料に用いられるものと熱膨張係数が類似する材料でできていなくてはならない。非常に好適な組み合わせは、高純粋の酸化アルミニウムセラミック（純度＞９６％、好ましくは＞９９．５％）、サファイアセラミック（９９．９％以上の純度をもつ酸化アルミニウム）、およびサファイア（高純度の単結晶酸化アルミニウム、人造コランダム）である。これらの材料を組み合わせて使うこともできる。たとえば、ハウジング本体２は酸化アルミニウムのようなセラミック材料で製作されていてよく、図７の構造に示すように、測定セル構造１７への光の通過を可能にする、サファイアでできた窓が嵌め込まれていてよい。
【００３４】
部分的に反射をする隔膜６の表面はそれ自体として利用することができ、あるいは、たとえばほぼ最善の３０％の反射性を得るために、好ましくはＴａ２Ｏ５のような誘電性材料からなる単層により、７０から８０μｍの範囲内の適当な厚みで追加して光学的にコーティングすることもでき、または、米国特許第７，３０５，８８８号（Ｗａｅｌｃｈｌｉら）に記載されているように、これ以外の手段によってコーティングすることができる。同じく鏡面として作用するハウジング本体の干渉表面も、これに類似する仕方で処理されるのがよい。
【００３５】
基準室５の密封部はさまざまな仕方で作成することができる。高品質の基準真空を実現する公知の構造は米国特許第６，５９１，６８７号に記載されており、この手法をここで説明している設計に同じく採用することができる。しかしながら、最大１０００ｂａｒの非常に高い圧力で使用するために測定セルが構成されている場合、基準真空の絶対的な品質はさほど重要ではない。そうしたケースでは、基準真空を維持するためのゲッター材料１５の使用は必ずしも必要ではない。基準真空に由来する残留ガスが引き起こす可能性のある現象は、そこでは特性ないしパフォーマンスに対して些細な影響しか及ぼさない。基準室５が、たとえば測定セルの測定範囲（ＦＳ−フルスケール）の最大圧力の約０．０１％を有する圧力を有している場合（本例の１００ｂａｒでは１０ｍｂａｒになる）、基準ガスの膨張の結果として引き起こされる誤差はＦＳの約０．０２％にしかすぎない。Ａｌ２Ｏ３のようなセラミックを使用すれば基準室でのガス発生は最小限に抑えられ、それにより、ゲッターの解決法を採用することなく、１ｍｂａｒをはるかに下回る基準圧力が実現される。そのようなケースでは、まず、隔膜６とハウジング本体２と支持体１とを有する測定セルが製作される。ハウジング本体２は、基準室５をアクセス可能にする接続配管３を含んでいる。測定セルの寸法に応じて、接続配管３を密閉するために切欠き４がハウジング本体に設けられる。測定セルは真空室の内部に配置され、真空室の中では構造全体が排気されてから、接続配管３を密封するためのガラスはんだ９を用いて栓を取り付けることによって、たとえばサファイアやガラスでできたシールカバー１０またはボールを取り付けることによって、接続配管３が密封され、それによって漏れのない構造が実現される。接続配管３を密封するために金属はんだを使用することもできるが、金属はんだは、はんだ合金が漏れのない密封を実現できるようにするために、銀からなるはんだのランド部がサファイアハウジングの上で接続配管３の回りに好ましくはスクリーン印刷によって成形されることによって、追加の製造ステップを必要とする。この方法は米国特許第６，５２８，００８号にも記載されている。これらのどの密封方法においても、最大のプロセス温度は、すでに以前に製作されている封止個所を再び溶融させないために、十分に低く抑えられる。
【００３６】
たとえば測定セルでの吸収、吸着、脱着といった現象のために、基準圧力室５における不十分な真空品質が、時間的遅延、ヒステリシス挙動、温度変化に対する反応の増大などを引き起こす可能性がある。こうした影響は下側の測定値領域で強く発生し、また、プロセス安定性や解像度に関わる要求事項が高いときに強く発生する。特定のケースでは基準室５の圧力（たとえば３００ｍｂａｒ）として低減された気圧があれば十分であり、それは特に、小さい温度変化しか周囲で発生せず、高い作業圧力（ＦＳ）が適用される場合である。このように低減された気圧は、測定セルのシール温度が周囲温度よりも高ければ自動的に実現され、このことは次の圧力で引き起こされる：
【００３７】
【数２】
0005546460.tif 000003
【００３８】
ここでＴ１はシール温度（Ｋ）であり、Ｔ２は周囲温度（Ｋ）であり、Ｐ１は周囲圧力である。
【００３９】
たとえば測定セルが大気圧のもとで７００℃で封止された場合、室温まで冷却されたときに約３００ｍｂａｒの基準圧力が生じる。
【００４０】
隔膜６はサファイアで製作されているのが好ましい。サファイアは、定義された結晶配向を有する単結晶酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３：人造コランダム）として定義される。したがって、多くの物理的パラメータは配向の方向に依存して決まる。この材料選択は、上述した分野で適用する際に、次のような多様な利点を有している：
−フッ化物（ＮＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＳＦ６、ＣＦ４、ＣＨＦ３）、塩化物（たとえばＣｌ２、ＨＣｌ）、臭化物（たとえばＨＢｒ）の気体や水蒸気といった多くの酸や気体に対して耐食性である。
−単結晶なので細かく平坦な表面が存在しており、それによって鏡面状の平滑な表面が実現される。
−高い曲げ強度を有している。
【００４１】
隔膜６とハウジング本体は単結晶サファイアから断裁されて、構造の光学軸がサファイアのＣ軸と平行に向くようにされている。それにより、光線がこれを通過するときに結晶構造の複屈折現象が回避され、対称な熱膨張も可能となる。
【００４２】
高圧の用途の場合、適当な材料から製作されていて十分な力で密封することができる管状の測定セルハウジング１９の中に構造を組み付け、ないしは測定セルをカプセル化することが絶対に必要であり、その様子は図７に示されている。実際の製造の理由により、および経済的な理由により、測定器具は全体として完全にセラミックで製作されるのではなく、このことは上に測定セルについて説明したとおりである。測定セルハウジング１９に特に良く適しているのは金属であり、好ましくはステンレス鋼（Ｉｎｏｘ）、ニッケル・クロム合金、あるいはその他の高品質な金属材料である。金属以外の材料、好ましくはセラミックや石英なども、それがプロセス適合的であれば使用することができる。セラミック測定セル１７と金属ハウジング１９との組み合わせは、封止をするクランプ止めによって実現されるのが好ましい。そのために、たとえば構造が金属シールリング１８によって押圧され、それによって漏れのない構造を得る。本発明によると、セラミック支持円板ないし支持体１に対する測定セル１７の圧着は、一方の側における押圧部分２０、他方の側における測定セルおよび金属リング１８を含めた円板状の支持体１という圧着手段の間で、積み重ねられた配置で行われる。光学経路は、コーティング３２またはスリーブ３２で包まれた光ファイバ３３を含んでおり、光ファイバはセラミックのハウジング本体２の外部に配置されており、それにより、隔膜６の表面の方へ向けられた光をこのハウジング本体を通して案内する。
【００４３】
ハウジング本体２の少なくとも中央領域には光学窓が形成されており、この窓に向かい合って隔膜６の表面の少なくとも一部が光学的に反射をするように構成されている。光ファイバ３３は基準真空室５の外部で窓に向かい合って間隔をおくように配置されており、それによって隔膜６の表面へ光を導入するとともに、隔膜の表面から光を導出する。光ファイバ３３とハウジング本体２の窓との間には、隔膜６の表面への光学的な結合のためのレンズ３０があり、そのようにして、ファブリ・ペロー干渉計での検出によって隔膜６の撓みの程度を測定する測定区域をこの構造が形成するようになっている。レンズ３０と光ファイバ３３の間には、取付部材３１を配置することができる。
【００４４】
ハウジング本体２は少なくとも部分的に、サファイアの型式の酸化アルミニウムセラミックでできており、この部分は中央領域に配置されて窓を形成している。あるいは、ハウジング本体２の全体を光学的に透過性のサファイアで構成することもできる。高価な材料であるサファイアに関わるコストを適用時に削減するために、この窓はサファイアからなる挿入可能な単一の部品として構成されていてよく、真空気密なシール材を用いてハウジング本体２に組み付けられる。
【００４５】
別の好ましい実施形態では、光ファイバ３３は測定セル１７のハウジング本体２に直接統合されてレンズ３０なしで配置される。隔膜６の表面の少なくとも１つの領域が光学的に反射をするように構成されており、この領域に向かい合って光ファイバ３３が封止をするようにハウジング本体２へ埋設されており、ファイバ３３の端部は、光を隔膜６の表面へ導入するとともに光を表面から導出するために基準真空室５に達しており、それにより、ファブリ・ペロー干渉計での検出によって隔膜６の撓みの程度を測定する測定区域をこの構造が形成するようになっている。
【００４６】
セラミックの隔膜圧力測定セル１７を用いた本発明による解決法は、次のものを含んでいる：
−Ａｌ２Ｏ３セラミックまたはサファイアの群のいずれか１つの材料からなるハウジング本体２であって、ハウジング本体２は前面と裏面とを有している；
−Ａｌ２Ｏ３セラミックまたはサファイアの群のいずれか１つの材料からなる、前記ハウジング本体２と向き合うように配置された隔膜６であって、この隔膜６は実質的に平坦であり、その円周に縁部領域を有しており、この縁部領域は第１のシール材８によってハウジング本体２と結合されており、それによってハウジング本体２と隔膜６の間に基準圧力室５を形成しており、この隔膜６は互いに向き合って位置する第１および第２の表面を有しており、第１の表面はハウジング本体２の表面と向き合うように配置されており、隔膜６の第２の表面は、セラミックの隔膜圧力測定セル１７を測定されるべき媒体と接続する測定接続開口部４０に暴露された外側表面を形成しており、ハウジング本体２の表面の少なくとも中央領域には、圧力測定信号を形成するために、隔膜６の撓みを検出する手段が設けられている；
−ハウジング本体２の裏面にシールガラス８によって取り付けられたセラミックの支持体１であって、この支持体は、ハウジング本体２を取り囲むように突出して第１の封止面を形成する表面領域を有しており、このセラミックの支持体１は裏面を有している；
−セラミックの隔膜圧力測定セル１７を収容し、セラミックの支持体１を保持および固定する管状のセンサハウジング１９であって、この管状のセンサハウジング１９は、第１の封止面に対して対応するように配置された第２の取り囲む封止面を内側に有している；
−これら第１および第２の封止面の間の金属シールリング１８であって、両方の封止面を押し合わされた位置に保つ、セラミックの支持体１の裏面にある圧着手段２０を有している。
【００４７】
隔膜６およびこれに伴う測定挙動に対する封止力の影響を回避するために、支持体は、光学経路が遮断されないように測定セル１７に取り付けられている。支持体１はサファイアまたはセラミックでできており、好ましくは酸化アルミニウムセラミックでできている。金属シール材１８は支持体１に対して押圧されて、隔膜６のクランプ応力や歪みを大幅に低減させ、それによって時間を通じての応力減少ないしセンサドリフトが回避される。好ましくは円板状である支持体１は、ガラスまたは金属をベースとする公知の結合プロセスによってサファイアの測定セルに取り付けられており、それにより、漏れがなく機械的に頑丈な結合が成立する。この解決法は、センサ構造の個別部品をできる限り簡素に構成し、構造の耐久性を高め、コストを削減することを可能にする。
【００４８】
単結晶サファイアの加工はリスクが多く高価につくプロセスである。残ってしまう可能性がある起伏のある表面は、基本的に、あとで測定セル構造がシール材に対して強い力で押し合わされたときに破損する一因となる場合があり、それは特に、切欠きや穴およびその他の機能部分が複雑になっている場合である。多結晶のＡｌ２Ｏ３は等方性の構造を有しており、したがって加工後に品質を保つのが容易であり、単結晶サファイアよりも安価である。
【００４９】
単結晶サファイアおよび特に多結晶セラミック材料、たとえば酸化アルミニウムにおいては、金属シール材を用いて密閉性を実現することができる。後者には粒状の多結晶表面構造があるからであり、また前者には、０．００６μｍ以下、好ましくは０．００３μｍから０．００１μｍの範囲内の所要の粗さ度（Ｒａ）にまで封止面を研磨する困難さとコストがあるからである。このような数値は、電気化学式の研磨によって実現することができる。さらに、これらの材料は取り扱いが難しい。
【００５０】
小孔を塞いで多結晶材料の表面を平滑にするために、セラミック支持体１のシール領域の少なくとも一部が、たとえばガラスはんだシール材８の材料からなるガラス層によってガラス被覆される。このガラス層は、融点と耐食性の高い金属シール材料を使用することを可能にする。そうしないと、結果的に支持体１の破損につながりかねない大きな封止力が必要になってしまう。厚さが５から１００μｍの範囲内であり、好ましくは５から２０μｍの範囲内である、サファイアまたはセラミックの支持体１の上の薄いガラス層は、シール材の幾何学形状や所要の封止力によって生成される、周縁部で１５０から３００Ｎ／ｍｍの範囲内の高い荷重に対して耐久性がある。ガラス被覆８についての好ましい経済的な解決法は、測定セル１７を支持体１に取り付けるときに適用される方法と同一である。特定の腐食性の用途については、ガラスの耐食性があれば十分である。これよりも高い耐食性のために、好ましくはＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤ等の公知の方法で析出される酸化アルミニウムである耐食性のコーティング２２を、ガラスシール材８の表面に設けることができる。
【００５１】
好適なガラスペーストの好ましい値を次の表に掲げる：
【００５２】
【表１】
0005546460.tif 000004
【００５３】
さらに別の構成では、封止面は、隔膜６を収容する機能と封止面の機能とが組み合わされた、サファイアまたはセラミックからなる個々の部品２の一部であり、その様子は図８に示されている。封止面は所要の程度まで研磨されていてよく、または、セラミック材料のところで説明したようにガラスでコーティングされていてよい。
【００５４】
金属シール材１８は、もとの素材全体から加工されて作成されるのが好ましい。曲げられたり溶接される通常の金属シール材は溶接継目の仕上加工を必要とし、そのため、あまり適していない。図７に示すような単純なＯリングの形態をはじめとして、作業圧力のもとで追加の封止力を生成する複雑な形態にいたるまで、金属シール材１８のさまざまな形態および断面形状が可能である。金属シール材は、高い温度、高い圧力、および腐食性の環境に対して適合的でなくてはならず、また、異なる熱膨張係数や高い圧力負荷によって生じる間隙の変化を補償できるようにするために、直径の１％から５％の範囲内の、好ましくは３％以上の、ある程度の弾性を必要とする。サファイア測定セルまたはセラミック測定セルとの組み合わせで好ましい材料は、温度係数の低いニッケル・クロム合金やステンレス鋼（Ｉｎｏｘ）である。金属シールリング１８に塗布された、軟質もしくは伸長可能である好適なコーティング２１は、当接する封止面の何らかの残留不均等性に対する封止を可能にする。コーティング材料２１として好適なのは薄い金属層２１であり、特に銀、ニッケル、または銅、好ましくは金である。コーティング２１の好適な層厚は１から５０μｍの範囲内であり、好ましくは５から２０μｍの範囲内である。
【００５５】
図７、図８、および図９に図示した例に関して、金属シールリング１８は、好ましくはＡｌ２Ｏ３セラミックである酸化物層２１でコーティングされていてもよい。このようなコーティングを前述した金属コーティングに追加して行い、マルチレイヤ構造を形成することもでき、あるいは、単独の層としてのみ塗布することもできる。このような種類の酸化物層は非常に薄くて小孔（ピンホール）がなく、押し合わされたときに破損したり亀裂を生じたりしない程度に十分伸長可能であり、また、封止面の不均等性に追随することができる。このような層はＡＬＤ（原子層堆積）法で析出するのが好ましい。このような酸化物層の厚みは３から２０オングストロームの範囲内である。この種の酸化物コーティングの採用は、それが防護層を形成することによって金属がプロセスに暴露されることがない金属フリーの適用を可能にする。いくつかのプロセスは、金属を腐食させて溶解させ、それによってプロセスを望ましくない形で汚染する攻撃性のガスや化学品を使用する。このことは、このような種類の酸化物コーティングによって回避することができる。
【００５６】
シールガラス８が、支持体１とハウジング本体２との取付ゾーンの範囲外で、好ましくは酸化アルミニウムである耐食性のコーティング２２でコーティングされることによって、測定セルの耐食性をいっそう高めることができる。
【００５７】
金属からなる測定セルハウジング１９は、測定セルの隔膜６に圧力を及ぼすために、圧媒とのアクセス開口部のような測定接続部４０を含んでおり、測定セル１７と金属ハウジング１９の間の漏れのない金属シール材１８によって、媒体および周囲への暴露に対して測定セルのその他の部分を防護している。金属ハウジング１９の封止面３５は、好ましくはＮ５ｃ（Ｒａ−値０．４μｍ、同心的）によって、封止面にとって必要な程度にまで加工されている。測定接続開口部４０と測定セル１７の間には、測定セル１７を防護するための多孔性のフィルタ２３を配置することができる。
【００５８】
押圧部分２０は、セラミックの支持体１に平坦に当接する円板として、好ましくは支持円板として構成されるか、または、支持円板の向かい合う側で金属シール材と同じ寸法をもつリングとして構成されていてよい。押圧部分２０とセラミックの支持体１の間の小さな非平行性を吸収するために、たとえば金属リング３４の形態のいっそう軟質の材料が、押圧部分２０と円板状の支持体１の間で積層状に配置されていてよい。これに加えて、この材料の厚みは、温度変化や相互に適合していない熱膨張係数によって生じる間隙幅の変化が補償されるように選択することができる。金属リング３４は、金属シールリング１８と同じ軸に配置されるとともに、少なくとも同一の半径を含んでおり、セラミックの支持体１の裏面と押圧部分２０との間に配置されている。金属リング３４の材料は、セラミックの表面構造によって変形することができるために十分軟質であるとともに、印加される圧力に耐えて形状安定的であるために十分硬質である。
【００５９】
ここで説明したように構成されたシールシステムを備える測定セルは、非常にコンパクトに構成することができ、経済的に製造することができる。
【００６０】
以上を要約すると、本発明による測定セル構造は次のものを含んでいる：
深部ボーリングで、特に油田採掘穴の用途で圧力測定をするのに特別に適した、高温高圧の用途向けのサファイアまたはセラミックの測定セルから基準室を封止するための新規な手法と構造；
取外し可能、気密、耐食性、かつ高温高圧での用途に適した、サファイアまたはセラミックのシールシステムにおける金属（またはプロセス適合的な金属以外の材料、好ましくは石英も採用することができる）。これには、表面を平滑化するための支持体のガラス被覆や、ガラスシール材および金属シール材の腐食に対する防護コーティング、および弾性的なシール材として作用するその金属コーティングも含まれる；
測定セルのドリフトを引き起こすことになる隔膜のクランプ荷重を回避するために、サファイアまたはセラミックの支持構造に組み付けられた測定セル。
【００６１】
この測定セル構造は、少なくとも１．０ｂａｒから２００ｂａｒの範囲内にある、好ましくは少なくとも１．０ｂａｒから５００ｂａｒもしくはそれ以上の圧力に特別に好適な高圧測定構造であり、特に、少なくとも１５０℃から４００℃の範囲内の、好ましくは少なくとも１５０℃から６５０℃の温度の環境での高温圧力測定構造として利用可能である。
【００６２】
使用する材料の選択によっては、最高１０００℃を超える非常に高い適用温度を本発明のコンセプトで可能にすることができる。本発明は石油輸送の分野での用途以外にも、たとえば燃焼プロセスのように高い温度と耐食性が要求される他の分野で適用することができる。
【００６３】
本発明は、上に説明した光学式の手法に代えて、隔膜の撓みを測定するために容量式またはその他の方式で用いられるサファイアまたはセラミックの測定セルとの関連でも適用することができる。
【００６４】
本発明は、半導体製造システムの場合のように、耐食性、測定セルの簡単な取外し可能性といった特徴のうち１つまたは複数だけが必要とされる場合にも適用することができる。
【００６５】
ここで説明しているシールテクノロジーは、高温や石油ボーリングでの用途だけに限定されるものではなく、これよりも低い温度とこれ以外の産業用の用途にも適用することができる。
【００６６】
このシールテクノロジーは、たとえば半導体産業やこれと類縁の産業でも適用することができる。このような用途では、セラミック／サファイアのセンサを上記と同じ金属Ｏリングテクノロジーでハウジングに取り付けることができる。セラミックはＳｉＣおよび／またはＡｌＮの種類のセラミックも含んでいる。
【００６７】
図８には、高純度の気体流での用途向けの圧力測定のために光学式の読み取りが行われるセラミック／サファイアの測定セルが示されており、図９には、真空中での圧力測定のために容量式の測定テクノロジーが採用されたセラミック／サファイアの測定セルを備える構造が示されている。このケースでは基準室５の内部において、隔膜６の表面とハウジング本体の表面が互いに向き合う領域領域で少なくとも部分的に導電性のコーティング３７によりコーティングされており、それにより、電気的な接続回線３６を介して外部に配置された評価エレクトロニクスと接続された、圧力に依存するコンデンサが形成されている。両方の図８および図９では、支持体１が測定セルのハウジング本体２と組み合わされて、単一の部品を形成することが示されている。このケースではボンディングステップを回避することができる。ハウジング本体２は、図８と図９では断面が一例としてＴ字型に構成されている。このようなハウジング本体２はさまざまな形態を有することができ、たとえば湾曲部を含むことができ、または上側で非対称もしくは対称に配置されていてよく、あるいは、組み立てで要請される必要性に応じて、たとえば金属ハウジングへの封止をする組付けのための突出するフランジを備える一種の円筒体として構成されていてよい。
【００６８】
図７に戻ると、金属ハウジング１９の封止面３５の表面粗さＲａが０．４μｍ以下である場合、または温度が２００℃以下である場合、金属Ｏリング１８は金属層２１でコーティングされていなくてよい。
【００６９】
特定の用途のケースでは、金属Ｏリング１８のコーティング２１が上に説明したのとは別様に構成されていてもよい。このコーティングの種類は、当該産業で用いられる気体、液体、または媒体に対して耐食性であるように選択するのがよい。半導体産業およびこれと類縁の産業については、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、インジウム、白金、あるいは酸化アルミニウムのような酸化物などのコーティング材料を使用することができる。石油採掘穴での用途では、好ましいコーティング材料は金である。薄い層は、接触材料の表面構造に適応してこれに追随することができるために、十分軟質でもあるのがよい。
【００７０】
上述したシールテクノロジーの適用は２００℃を超える温度に限定されるものではなく、それは、そうしたケースで有機性のシール材料が十分ではない場合である。バイトン、ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフッ化物コポリマー、またはその他の材料のような有機性のシール材は、２００℃以下でしばしばシールのために用いられる。しかし金属シール材は、このような温度でも同様に良好に用いることができる。
【００７１】
図７、図８、および図９に示している符号は、図１から図６の符号およびそこで説明した各部分と対応している。
【図１】
0005546460.tif 000005
【図２】
0005546460.tif 000006
【図３】
0005546460.tif 000007
【図４】
0005546460.tif 000008
【図５】
0005546460.tif 000009
【図６】
0005546460.tif 000010
【図７】
0005546460.tif 000011
【図８】
0005546460.tif 000012
【図９】
0005546460.tif 000013