JPH03113337A - 加速度計一体形圧力センサ - 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、測定する圧力が作用するダイアフラムの変位
を圧力検出用ゲージで検出する圧力センサに関する。

（従来の技術） 従来の圧力センサにおいて、温度センサのついているも
のはあったが、加速度センサがついているものはなかっ
た。

（発明が解決しようとする課題） しかし、パイプラインには地震検知用などの為に、加速
度検出計が取り付けられることがある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的
は、圧力センサに加速度計を設け、別途取り付けていた
加速度計を不要にする加速度計−体形圧力センサを提供
することにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決する本発明は、測定する圧力が作用する
ダイアフラムの変位を圧力検出用ゲージで検出する圧力
センサにおいて、前記ダイアフラムに連設されたカンチ
レバーと、該カンチレバーの固定端部に設けられた加速
度検出用ゲージとを設け、圧力センサに作用する加速度
と振動数とを検出するものである。

（作用） 本発明の加速度計一体形圧力センサにおいて、ダイアフ
ラムに作用する測定しようとする圧力は圧力検出用ゲー
ジにて、測定される。

次に、本体に作用する加速度とその振動数は、ダイアフ
ラムに連設されたカンチレバーの固定端に設けられた加
速度検出用ゲージによって、検出される。） （実施例） 次に図面を用いて本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例を説明する斜視図、第２図は
第１図における断面図、第３図は第１図における上面図
、第４図は周波数と振動力との関係を説明する図、第５
図は本実施例の加速度検出用ゲージの出力と時間との関
係を説明する図、第６図は他の実施例を説明する要部断
面図、第７図は更に他の実施例を説明する断面図である
。

第１図乃至第３図において、１はガラスベース、２はガ
ラスベース１上に例えば陽極接合されたシリコン（Ｓｌ
）で作られた検出部材である。この検出部材は異方性エ
ツチングにより形成されたダイアフラム部３と、ダイア
フラム部３に連設されるカンチレバ一部４とから構成さ
れている。また、ガラスベース１にはダイアフラム部３
の裏面側に基準圧力を導入する基準圧導入口１ａが設け
られている。

また、カンチレバ一部４の自由端部（先端部）４ａには
、振幅が大きくなるように、おもり５が低融点ガラス等
を介して接合されている。更に、ガラスベース１のカン
チレバ一対向面にはカンチレバ一部４の自由端部４ａが
自由振動可能なように段差１ｂが形成されている。

一方、検出部材２のダイアフラム部３の表面には、ピエ
ゾ抵抗素子の圧力検出用ゲージ６が、検出部材２のカン
チレバ一部４の固定部４ｂの表面には、ピエゾ抵抗素子
の加速度検出用ゲージ（せン新形ゲージ）７が同じウェ
ハプロセスで設けられている。加速度検出用ゲージ７を
固定端部４ｂに設けた理由は、カンチレバ一部４の振動
による応力が最大となる位置であるからである。

次に、上記構成の作動を説明する。検出部材２の幅をす
１段さ１ｂの深さをｄ、カンチレバ一部４の長さを１．
カンチレバ一部４の厚さをｔ、おもりの質量をＷとする
（第２図及び第３図参照）。

圧力検出は従来の公知の圧力センサと同じなのでその説
明は省略する。

第２図において、カンチレバ一部４の固有振動数ｒｎは
、 ｆｎ＝Ａ／（２π）　・（１／　ｊ！　’　）　Ｆ１１
フ「−（１）で表せ、周波数ｆｎに対する振動力Ｓは第
４図に示すようなり、振動力Ｓは第４図に示すようにな
る。

ただし、Ｅ；ヤング率（Ｋｇｆ’／　ｌｌｌｍ２）１：
断面２次モーメント（龍４） ２；重力加速度（龍／５２） Ｓ、　　：（αｖ）　／ｇ α：加速度 Ａ；定数 第４図に示すように、ｒ　＜　（２／３）ｒｎの範囲で
は、Ｓ＝　Ｓ。−αｖ／ｇ であり、この振動力Ｓがカンチレバ一部４の自由端部４
ａに作用する。

振動力Ｓにより、カンチレバ一部４の固定端部４ｂでは
、振動力Ｓによる曲げモーメントＸによる応力σが発生
し、加速度検出用ゲージ７には応力σに比例する電気信
号が発生する。

Ｍ−ｊ）−８−ｊ）αｖ／ｇ ａ　＝Ｍ／Ｉ　・ｔ／２−（ｔＮ　Ｖ）バ２１ｇ）・ａ
　　−（２）この応力σの検出は、本実施例においては
、せん新形ゲージで検出している。せん新形ゲージの重
力Ｖは、せん断力をτとすると、 Ｖ−τ■σ工α となる。

周波数ｒ、小出力は、第５図に示すように振動波形で、
サインカーブに近似しており、電気回路でそのピークを
検出することで、加速度αの大きさを検出することがで
き、また、この振動波形の周波数を検出することで、圧
力センサに作用する周波数「を知ることができる。

そして、本実施例の加速度計一体形圧力センサの感度を
上げるためには（２）式より、次式を得る。

！−ｂｔ３　／１２より、 σ・（６ｊＷ）　／　（ｂｔ２ｇ　）　　α　　　・・
・（３）ここで、ｂ＝５　ｍｍ、ｔ−０，０２ｎ＋＋ｅ
、ｌ＝５ｍｍ、ｗ−１ｇ−１０−’ｋｇとすると、 σ≠（６・５・ｌ・１０−３）／　（５・０．０２２）
・（α／ｇ）≠１５０　（Ｇ−α／ｇ） この場合、検出に必要な最小応力はσ！８；０．０２ｋ
ｇ１ＩＩ１１２であり、σの許容値は約２０Ｋｇ／ｍｍ
’なので、加速度の測定範囲は０．００２Ｇ〜１．３Ｇ
程度となる。

また、ｔ−０、０２ｍｍ　、おもり５を設けずに、自由
端部（先端部）の自重のみとし、ａ＝ｌ　ｕ、ｃ−０，
５ｍ＋＊とし、自由端部の自重Ｖ′、比重量を２．４　
Ｘｌ０−６とすると、 ｖ　’　＃ｌＸ０．５Ｘ５Ｘ２．４ＸＩＯ−６となり、 σ’＝；０．０９Ｇ てあり、測定範囲は０．２〜２００Ｇ程度となる。

上記構成によれば、圧力センサに加速度計を設けたこと
により、別途加速度計を取り付けることが不要となる。

なお、本発明は上記実施例に限定するものでない。例え
ば、第６図に示すように、過大加速度によるカンチレバ
一部４の破損を防止するために、カンチレバ一部４の上
部にガラス等のストッパ１１を陽極接合等を用いて、取
り付けてもよい。

また、ぜん新形ゲージでなく、ブリッジ構成した通常形
ゲージでもよい。

そして、Ｓｉチップ上に回路をゲージと共に形成した所
謂集積形センサとしてもよい。

更に、第７図に示すように、オイル中等におかれる場合
は、オイルの粘性による振動の減衰を防止するために、
検出部材２上に測定圧導入口１２ａが穿設された測定圧
導入プレート１２を設け、被測定液体であるオイルがダ
イアフラム部３のみに作用する様にしてもよい。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、圧力センサに加速度
計を設けたことにより、別途取り付けが必要な加速度計
の取り付けを不要にする加速度計一体形圧力センサを実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明する斜視図、第２図は
第１図における断面図、 第３図は第１図における上面図、 第４図は周波数と振動力との関係を説明する図、第５図
は本実施例の加速度検出用ゲージの出方と時間との関係
を説明する図 第６図は他の実施例を説明する要部断面図、第７図は更
に他の実施例を説明する断面図である。 これらの図において、 １・・・ガラスベース　　　２・・・検出部材３・・・
ダイアフラム部 ４・・・カンチレバ一部　　４ａ・・・自由端部４ｂ・
・・固定端部　　　　　５・・・おもり６・・・圧力検
出用ゲージ ７・・・加速度検出用ゲージ １１・・・ストッパ １２・・・測定圧導入プレート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測定する圧力が作用するダイアフラム（３）の変位を圧
   力検出用ゲージ（６）で検出する圧力センサにおいて、 前記ダイアフラム（３）に連設されたカンチレバー（４
   ）と、 該カンチレバー（４）の固定端部（４ｂ）に設けられた
   加速度検出用ゲージ（７）とを設け、圧力センサに作用
   する加速度と振動数とを検出することを特徴とする加速
   度計一体形圧力センサ。