JPH01207634A - 差圧形流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、流体通路に形成された絞りの上下に生じる差
圧を測定することにより流量を検出する差圧形流量計に
係り、特に小形で微少流量を測定することの出来る差圧
形流量計に関する。

〈従来の技術〉 微少流量を測定する流量計としては差圧流量計、熱式流
量計、面積式流量計などがある。このうちオリフィスと
変換器が一体となっているオリフィスの穴径が０．５ｍ
ｍ程度のインテグラルタイプの差圧流量計があるが、そ
の形態はかなり大きいものである。

第３図に従来の差圧流量計のうち差圧検出部の原理構成
を示す、１０．１１は流体管路であり、その各端面には
フランジ部１２．１３が設けられている。このフランジ
部１２．１３の間に中央に円形の孔が開けられた円板状
のオリフィス板１４が挿入固定されている。

そして、オリアイス板１４に対して流体管路１０．１１
の上下流の管壁には圧力取出孔１５．１６が開けられ、
ここから差圧変換部１７に各圧力が導入されてこれ等の
差圧りが測定される。

第３図では差圧変換部を簡単のためＵ字管式の差圧変換
部で代表して示しであるが、実際には例えば両端がダイ
ヤフラムでシールされ中央にセンタダイヤフラムが配置
されシリコン液でこの中が満たされた２つの部屋を持つ
差圧検出部の各ダイヤフラムに差圧取出孔１５．１６で
取り出された各圧力が印加され、これによって生じた差
圧に基づいてセンタダイヤスラムが変位してこの変位を
差圧変換部で静電容量の変化として電気的に検出するよ
うに構成されている。そして、この検出原理はサイズの
大小に関係せず同じである。

この差圧変換部で検出した差圧を用いて図示しない流量
演算器で流量演算を実行して出力している。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、微少流量を測定する微少流量計としては
熱式流量計、面積式流量計などでは精度が充分でなかっ
たり、取り扱いが面倒であるなどの欠点を持ち、また差
圧流量計では変換部は小サイズでも大サイズでもその大
きさに差異はないので、小サイズの差圧流量計はど相対
的に変換部の大きさが大きくなり、微少流量の流量計と
してはその形状も、その重量も大きくなり簡便さに欠け
、コストも上昇する欠点を持つ。

く課題を解決するための手段〉 この発明は、以上の課題を解決するために、中央部に差
圧孔の開けられた薄肉の起歪部とその周辺の固定部を有
するシリコンのダイヤフラムと、５このダイヤフラムに
形成され差圧孔の両側の差圧に対応して歪む起歪部の歪
みを検出する半導体のゲージと、ダイヤフラムを支持す
る基板と、ゲージの出力に関連する電気信号を外部に取
り出すリード線が固定されたベースと、このベースと基
板とを結合し測定流体の通路となるチューブと、ダイヤ
フラムを覆うようにベースに結合され流体の通路となる
カバーとを具備し、ゲージの出力に関連する電気信号を
用いて流量演算をするようにしたものである。

く作用〉 流体通路となるチューブとカバーとの間に配置されたダ
イヤフラムの起歪部の中央に開けられた差圧孔おいて測
定流量に対応して発生した差圧により生じた歪みをゲー
ジで検出し、この検出した検出信号を用いて流量演算を
する。

〈実施例〉 第１図は本発明の１実施例の構成を示す縦断面図である
。

２０は第２図で詳述するシリコンなどの半導体の単結晶
で出来た例えば円形のダイヤフラムである。この中央部
には差圧を発生させるための差圧孔２１が開けられてい
る。ダイアプラム２０は例えばパイレックス硝子などで
できたリング状の基板２２の一端に陽ｆ！接合などの方
法により接合されている。基板２２の他端には流体Ｑの
通路となる外周面に円形の段差２３を持つ円筒状のチュ
ーブ２４が接合されている。

２５は金属製の全体として外面が円筒状のベースであり
、この外面の一部に円形の段差２６が形成されている。

このベース２５の内部は、チューブ２４、基板２２、お
よびダイヤフラム２０を収容する段差のある円柱状の空
間を有し、ベース２５はチューブ２４の段差２３に当接
して液密に固定されている。この円柱状の外部に位置す
る肉厚部にはその軸方向にリード線を通す貫通孔２７．
２８が形成され、この貫通孔２７．２８にはダイヤフラ
ム２０からのリード線２９．３０が例えばガラスなどの
封着材で液密にシールされて挿入固定されている。

３１は例えば金属製で外径が円柱状のカバーであり、そ
の内部は流体通路となる円形の孔３２が開けられ、その
下部にダイヤフラム２０、基板２２、チューブ２４、お
よびベース２５を収納する収納孔３３が開けられ、この
下端はベース２５の外面に形成された段差２６に当接し
て液密に固定されている。

次に、ダイヤフラム２０に関連する部分について第２図
を参照して詳細に説明する。

第２図（イ）は絶縁膜を除去したときのダイヤフラムの
平面図、第２図（ロ）はダイヤフラムを基板に固定した
場合の横断面図である。

３４はｎ形のシリコン単結晶で作られたダイヤフラムで
あり、凹部３５を有しさらに凹部３５の形成により単結
晶の厚さの薄くなった起歪部３６とその周辺の固定部３
７とを有している。起歪部３６の中央部には差圧孔２１
が起歪部３６を貫通して開けられている。

起歪部３６は単結晶の（１００）面とされ、その上には
その中心を通る結晶軸＜００１＞方向で起歪部３６と固
定部３７との境界付近にピエゾ抵抗素子としての剪断形
ゲージ３８が不純物の拡散により伝導形がＰ形として形
成されている。この剪断形ゲージ３８の上は５１０２な
どの酸化膜３９で覆われている。

ダイヤフラム３４の固定部３７の下端は、例え。

ばガラス製の中央に孔４０の開けられたリング状の基板
２２に、陽極接合などの方法により接合されている。

次に、以上のように構成された差圧形流量計の動作につ
いて説明する。

いま、第１図に示す様に流体Ｑが矢印の方向から孔３２
の中を通って流入するとダイヤフラム２０のオリフィス
として機能する差圧孔２１で圧力損失を生じその前後に
差圧ΔＰが発生する。この差圧ΔＰによりダイヤフラム
２０の起歪部３６（第２図）に歪みが生じ、この歪みを
剪断形ゲージ３８で検出する。

ここで検出される差圧ΔＰと流ＲＱ＋との関係は、 （ｈＯｃ（ＡＰ）Ｖ２ で現すことができる。

従って、この関係を満足するように、ダイヤフラム３４
の固定部３７などに半導体技術によりこの流量演算をす
る演算素子を一体に形成して、その電気信号をリード線
２９．３０を介して外部に出力するようにすることによ
り差圧形で小形の流量計を実現することができる。

また、気体の流量を測定する場合には、測定流体の温度
、圧力により測定する気体の体Ｍ流量が変化するので、
この補正をする必要がある。この様な場合には、流量演
算の演算素子を固定部３７に形成したように、温度セン
サと圧力センサとをダイヤフラム２０に例えば半導体技
術で形成してこれ等の出力を用いて気体流量の温度、圧
力補正をすることができる。この様な構成にすると、半
導体センサを利用するので、気体流量測定用の超小形の
差圧形流量計が実現できる。

なお、第１図において示す差圧孔２１の形状は丸孔とし
て形成されているがこれは角孔でも良く、また流＃、Ｑ
は孔３２側から流入させる構成としているが、これはチ
ューブ２４側から流入させても良い。

さらに、差圧を検出するゲージとして剪断形ゲージをベ
ースとして説明したが、これに限られることはなく他の
形式のゲージでも良い。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、シリコンのダイヤフラムの起歪部の中央に開けら
れた差圧孔の両端に生じる差圧をこのダイヤスラム自体
に形成された半導体のゲージで検出するようにしな、つ
まりオリフィスと差圧検出部とを半導体技術により一体
に形成したので、微少流量を測定することの出来る超小
形の差圧形流量計を実現することができる。この結果、
流量計自体の重量を低減することができ、ひいては低コ
ストが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図におけるダイヤフラムを基板に固定したときの詳細
を示す構成図、第３図は従来の差圧形流量計の構成を示
す縦断面図である。 １０．１１・・・流体管路、１４・・・オリフィス板、
２０・・・ダイヤフラム、２１・・・差圧孔、２２・・
・基板、２４・・・チューブ、３１・・・カバー、３６
・・・起歪部、３７・・・固定部、３８・・・剪断形ゲ
ージ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　中央部に差圧孔の開けられた薄肉の起歪部とその周辺
   の固定部を有するシリコンのダイヤフラムと、このダイ
   ヤフラムに形成され前記差圧孔の両側の差圧に対応して
   歪む起歪部の歪みを検出する半導体のゲージと、前記ダ
   イヤフラムを支持する基板と、前記ゲージの出力に関連
   する電気信号を外部に取り出すリード線が固定されたベ
   ースと、このベースと前記基板とを結合し測定流体の通
   路となるチューブと、前記ダイヤフラムを覆うように前
   記ベースに結合され前記流体の通路となるカバーとを具
   備し、前記電気信号を用いて流量演算をすることを特徴
   とする差圧形流量計。