JP3141371B2

JP3141371B2 - 差圧測定装置

Info

Publication number: JP3141371B2
Application number: JP05249081A
Authority: JP
Inventors: 宣夫宮地
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1993-10-05
Filing date: 1993-10-05
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH07103840A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゴミを除去し、センサ
部分の動作異常が防止でき、信頼性が高く、かつ製造コ
ストを低減し得る差圧測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来より一般に使用されている従
来例の構成説明図で、例えば、特開昭５９―５６１３７
号の第１図に示されている。図において、ハウジング１
の両側にフランジ２、フランジ３が嵌合い組み立てられ
溶接等によって固定されており、両フランジ２，３には
測定せんとする圧力Ｐ_Hの高圧流体の導入口５、圧力Ｐ_L
の低圧流体の導入口４が設けられている。

【０００３】ハウジング１内に圧力測定室６が形成され
ており、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７と
シリコンダイアフラム８が設けられている。シリコンダ
イアフラム８は、単結晶のシリコン基板８１に凹部８２
を形成して形成される。

【０００４】センタダイアフラム７とシリコンダイアフ
ラム８はそれぞれ別個に圧力測定室６の壁に固定されて
おり、センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８
の両者でもって圧力測定室６を２分している。センタダ
イアフラム７と対向する圧力測定室６の壁には、バック
プレ―ト６Ａ，６Ｂが形成されている。センタダイアフ
ラム７は周縁部をハウジング１に溶接されている。

【０００５】シリコン基板８１の一方の面にボロン等の
不純物を選択拡散して４っのストレンゲ―ジ９１を形成
する。４っのストレインゲ―ジ９１は、シリコンダイア
フラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、２つが引張り、
２つが圧縮を受けるようになっており、これらがホイ―
トストン・ブリッジ回路に接続され、抵抗変化が差圧Δ
Ｐの変化として検出される。

【０００６】９２は、ストレインゲ―ジ９１に一端が取
付けられたリ―ドである。９３は、リ―ド９２の他端が
接続されたハ―メチック端子である。支持体９は、ハ―
メチック端子を備えており、支持体９の圧力測定室６側
端面に低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラ
ム８が接着固定されている。

【０００７】ハウジング１とフランジ２、およびフラン
ジ３との間に、圧力導入室１０，１１が形成されてい
る。この圧力導入室１０，１１内に第１，第２シールダ
イアフラム１３，１２を設け、このシールダイアフラム
１２，１３と対向するハウジング１の壁１０Ａ，１１Ａ
にシールダイアフラム１２，１３と類似の形状のバック
プレ―トが形成されている。

【０００８】シールダイアフラム１２，１３とバックプ
レ―ト１０Ａ，１１Ａとで形成される空間と、圧力測定
室６は、連通孔１４，１５を介して導通している。そし
て、シールダイアフラム１２，１３間にシリコンオイル
等の封入液１０１，１０２が満たされ、この封入液が連
通孔１６，１７を介してシリコンダイアフラム８の上下
面にまで至っている、封入液１０１，１０２はセンタダ
イアフラム７とシリコンダイアフラム８とによって２分
されているが、その量が、ほぼ均等になるように配慮さ
れている。

【０００９】以上の構成において、高圧側から圧力が作
用した場合、シールダイアフラム１３に作用する圧力が
封入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達さ
れる。一方、低圧側から圧力が作用した場合、シールダ
イアフラム１２に作用する圧力が封入液１０１によって
シリコンダイアフラム８に伝達される。

【００１０】この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応
じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がスト
レインゲ―ジ９１に因って電気的に取出され、差圧の測
定が行なわれる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、シリコンダイアフラム８やストレイ
ンゲージ９１は、半導体プロセスにより製造されるの
で、極めて微小にできる。したがって、封入液１０１，
１０２が封入される測定室等の隙間も、間隔が極めて狭
い隙間のものになる。

【００１２】一方、こうしたセンサを収納するハウジン
グ１は金属より作られている。而して、ハウジング１に
は、ねじ、穴等複雑な加工をしている事から、極めて微
細な切りくずやバリ等が多数存在する。また、溶接によ
るスパッタ等のゴミも存在する。

【００１３】こうした情況で、センサを組込み、その中
にシリコンオイル等の封入液１０１，１０２を封入す
る。この封入の際に、ハウジング１を十分に洗浄し、か
つ封入液１０１，１０２の微小ゴミをフィルターで厳重
に除去しても、ゴミを完全に除去するには経済的でなく
コストがかかりすぎる。特に、ハウジング１の内部に生
じたバリの除去は困難である。また、バリはハウジング
１から剥離させ難く、封入液１０１，１０２の移動によ
り、何時剥離するか分からない。

【００１４】そして、封入液１０１，１０２の注入によ
って、ハウジング１内のこうしたゴミを移動させ、上記
センサ部分にゴミが移動し、センサ部分の動作異常を発
生させる。本発明は、この問題点を、解決するものであ
る。本発明の目的は、ゴミを除去し、センサ部分の動作
異常が防止でき、信頼性が高く、かつ製造コストを低減
し得る差圧測定装置を提供するにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、封入液が封入され金属よりなるハウジン
グと、半導体からなる測定ダイアフラムとを具備する差
圧測定装置において、板状のシリコン基板と、該シリコ
ン基板を挟持する第１，第２ガラス基板と、前記シリコ
ン基板の両面に対向してそれぞれ設けられ該シリコン基
板に測定ダイアフラムを構成する第１，第２測定室と、
該第１測定室と外部とを連通する第１連通孔を構成して
前記シリコン基板或いは前記第１ガラス基板に形成され
複数の網の目状エッチング溝により構成された第１フィ
ルター部と、前記第２測定室と外部とを連通する第２連
通孔を構成して前記シリコン基板或いは前記第２ガラス
基板に形成され複数の網の目状エッチング溝により構成
された第２フィルター部とを具備したことを特徴とする
差圧測定装置を構成したものである。

【００１６】

【作用】以上の構成において、高圧側から圧力が作用し
た場合、隔液ダイアフラムに作用する圧力が封入液によ
ってシリコンダイアフラムに伝達される。一方、低圧側
から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラムに作用する
圧力が封入液によってシリコンダイアフラムに伝達され
る。

【００１７】この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応
じてシリコンダイアフラムが歪み、この歪み量がストレ
インゲ―ジに因って電気的に取出され、差圧の測定が行
なわれる。

【００１８】而して、ハウジング部内に残留する微小ゴ
ミは、シリコンオイル等の封入液をハウジングに流入す
る時、これらのあるものは、この封入液の流れによって
移動し、封入液と共にセンサ部まで流入しようとする。
しかし、第１フィルター部、或いは第２フィルター部に
おいて、これらゴミのセンサ部への流入は、阻止され
る。以下、実施例に基づき詳細に説明する。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、
図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面
図、図４，図５は図１の要部詳細説明図である。図にお
いて、図７と同一記号の構成は同一機能を表わす。以
下、図７と相違部分のみ説明する。

【００２０】２１は、板状のシリコン基板である。２
２，２３は、シリコン基板２１を挟持する第１，第２ガ
ラス基板である。この場合は、シリコン基板２１と第
１，第２ガラス基板２２，２３とは、陽極接合される。

【００２１】２４，２５は、シリコン基板２１の両面に
対向して、それぞれ設けられ、シリコン基板２１に測定
ダイアフラム２６を構成する第１，第２測定室である。
この場合は、第１，第２測定室２４，２５は、間隔が極
めて狭い隙間からなり、過大圧が印加された場合には、
測定ダイアフラム２６が、第１或いは，第２測定室２
４，２５の壁に直接接して、測定ダイアフラム２６が保
護される、過大圧保護機構をセンサ部分自身が有する様
に構成されている。

【００２２】また、この場合は、図４に示す如く、測定
ダイアフラム２６の表面には、第１，第２ガラス基板２
２，２３に陽極接合されないように、窒化シリコン膜２
６１が１０００オングストローム程度の厚さに設けられ
ている。

【００２３】２７は、図２に示す如く、第１測定室２４
と外部とを連通する第１連通孔を構成し、シリコン基板
２１に形成され、複数の網の目状エッチング溝により構
成された第１フィルター部である。複数の網の目状エッ
チング溝は、図４に示す如く、測定ダイアフラム２６の
中央部より放射状に設けられることが望ましい。図２に
おいては、複数の網の目状エッチング溝は、碁盤の目状
に示されているが、網の目状エッチング溝の分布状態図
を分かり易くするために、簡略に示したためである。

【００２４】２８は、図３に示す如く、第２測定室２５
と外部とを連通する第２連通孔を構成し、シリコン基板
２１に形成され、複数の網の目状エッチング溝により構
成された第２フィルター部である。

【００２５】以上の構成において、高圧側から圧力が作
用した場合、隔液ダイアフラム１２に作用する圧力が封
入液１０１によってシリコンダイアフラム８に伝達され
る。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイア
フラム１３に作用する圧力が、封入液１０２によってシ
リコンダイアフラム８に伝達される。

【００２６】この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応
じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がスト
レインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され、差圧の測
定が行なわれる。

【００２７】而して、ハウジング部１内に残留する微小
ゴミは、シリコンオイル等の封入液１０１，１０２をハ
ウジング１に流入する時、これらのあるものは、この封
入液１０１，１０２の流れによって移動し、封入液１０
１，１０２と共にセンサ部まで流入しようとする。

【００２８】しかし、第１フィルター部２７、或いは第
２フィルター部２８において、これらゴミのセンサ部へ
の流入は、阻止される。

【００２９】また、センサ部分自体にフィルター部２
７，２８が設けられたので、金属からなるハウジング１
の洗浄は、通常の洗浄レベルでよくなり、異物管理は、
センサ部の製造プロセスに集約される。センサ部の製造
プロセスは、半導体製造プロセスであり、差圧測定装置
の全体組み立てプロセスよりも、クリーンルームの清浄
度は、例えばクラス１０００レベルと、格段に良いの
で、洗浄コストを容易に低減できる。

【００３０】また、前述の実施例の如く、過大圧保護機
構をセンサ部分自身が有する場合には、シリコン基板２
１と第１，第２ガラス基板２２，２３との隙間、即ち、
第１，第２測定室２４，２５の隙間の間隔は２〜５μｍ
と狭く、２〜５μｍ以上のゴミを除去して、差圧測定装
置全体を組み立てることは、容易ではない。

【００３１】しかしながら、本発明の場合は、センサ部
分自体にフィルター部２７，２８が設けられたので、組
み立ての際に、注意を要するのは、シリコン基板２１と
第１，第２ガラス基板２２，２３との接合時のみとな
り、封入液１０１，１０２の封入や、溶接工程等のゴミ
管理レベルを高くする必要が無くなる。

【００３２】図６は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例においては、第１，第２測定室３
１，３２を第１，第２ガラス基板２１，２２に設けて、
測定ダイアフラム３３を構成する様にしたものである。

【００３３】なお、前述の実施例においては、第１，第
２フイルター部２７，２８は、シリコン基板２１に設け
られていると説明したが、これに限ることはなく、例え
ば、第１，第２ガラス基板２２，２３にそれぞれ設けら
れても良い。要するに、シリコン基板２１と第１，第２
ガラス基板２２，２３との接合部に、半導体プロセスの
エッチングによる網目状の溝が形成され、第１，第２測
定室３１，３２と外部とを連通するフィルター部であれ
ばよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、封入液
が封入され金属よりなるハウジングと、半導体からなる
測定ダイアフラムとを具備する差圧測定装置において、
板状のシリコン基板と、該シリコン基板を挟持する第
１，第２ガラス基板と、前記シリコン基板の両面に対向
してそれぞれ設けられ該シリコン基板に測定ダイアフラ
ムを構成する第１，第２測定室と、該第１測定室と外部
とを連通する第１連通孔を構成して前記シリコン基板或
いは前記第１ガラス基板に形成され複数の網の目状エッ
チング溝により構成された第１フィルター部と、前記第
２測定室と外部とを連通する第２連通孔を構成して前記
シリコン基板或いは前記第２ガラス基板に形成され複数
の網の目状エッチング溝により構成された第２フィルタ
ー部とを具備したことを特徴とする差圧測定装置を構成
した。

【００３５】この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応
じてシリコンダイアフラムが歪み、この歪み量がストレ
インゲ―ジに因って電気的に取出され、差圧の測定が行
なわれる。

【００３６】而して、ハウジング部内に残留する微小ゴ
ミは、シリコンオイル等の封入液をハウジングに流入す
る時、これらのあるものは、この封入液の流れによって
移動し、封入液と共にセンサ部まで流入しようとする。
しかし、第１フィルター部、或いは第２フィルター部に
おいて、これらゴミのセンサ部への流入は、阻止され
る。

【００３７】また、センサ部分自体にフィルター部が設
けられたので、金属からなるハウジングの洗浄は、通常
の洗浄レベルでよくなり、異物管理は、センサ部の製造
プロセスに集約される。センサ部の製造プロセスは、半
導体製造プロセスであり、差圧測定装置の全体組み立て
プロセスよりも、クリーンルームの清浄度は、例えばク
ラス１０００レベルと、格段に良いので、洗浄コストを
容易に低減できる。

【００３８】従って、本発明によれば、ゴミを除去し、
センサ部分の動作異常が防止でき、信頼性が高く、かつ
製造コストを低減し得る差圧測定装置を実現することが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】図１の要部詳細説明図である。

【図５】図１の要部詳細説明図である。

【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図７】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。

【符号の説明】

１…ハウジング２…高圧側フランジ３…低圧側フランジ４…導入口５…導入口６…圧力測定室６Ａ…バックプレ―ト６Ｂ…バックプレ―ト７…センタダイアフラム９…支持体１０…圧力導入室１０Ａ…バックプレ―ト１１…圧力導入室１１Ａ…バックプレ―ト１２…隔液ダイアフラム１３…隔液ダイアフラム１４…連通孔１５…連通孔１６…連通孔２１…シリコン基板２２…第１ガラス基板２３…第２ガラス基板２４…第１側定室２５…第２側定室２６…測定ダイアフラム２７…第１フィルター２８…第２フィルター３１…第１側定室３２…第２側定室３３…測定ダイアフラム９１…ストレインゲ―ジ９２…リ―ド９３…ハ―メチック端子１０１…封入液１０２…封入液

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】封入液が封入され金属よりなるハウジング
と、半導体からなる測定ダイアフラムとを具備する差圧
測定装置において、板状のシリコン基板と、該シリコン基板を挟持する第１，第２ガラス基板と、前記シリコン基板の両面に対向してそれぞれ設けられ該
シリコン基板に測定ダイアフラムを構成する第１，第２
測定室と、該第１測定室と外部とを連通する第１連通孔を構成して
前記シリコン基板或いは前記第１ガラス基板に形成され
複数の網の目状エッチング溝により構成された第１フィ
ルター部と、前記第２測定室と外部とを連通する第２連通孔を構成し
て前記シリコン基板或いは前記第２ガラス基板に形成さ
れ複数の網の目状エッチング溝により構成された第２フ
ィルター部とを具備したことを特徴とする差圧測定装
置。