JPH04240532A - 差圧センサおよびその感度調整方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、差圧センサおよびその
感度調整方法に関し、特に、建設機械などの油圧システ
ムにおける各部の油圧状態の検出に利用され、液圧によ
って発生する歪みを検出して当該液圧の差を検出する差
圧センサおよびその感度調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】差圧センサでは、通常、２個のダイヤフ
ラムを備える。各々のダイヤフラムは、一方の面に歪み
検出部を備え、他方の面を受圧面としている。歪み検出
部は、例えば４個の歪みゲージを所定の配置で形成し、
４個の歪みゲージでホイートストンブリッジ回路を形成
している。他方の受圧面には、計測対象である圧油等の
圧力が加わる。圧力が加わると、ダイヤフラムは変形し
、その内部に歪みが生じる。ダイヤフラムが変形し、歪
みが生じると、前記のブリッジ回路のバランスが崩れ、
変形に応じた、すなわち印加される圧力に応じたブリッ
ジ回路出力を取り出すことができる。ところで、差圧セ
ンサでは、正確な差圧出力を得るために、２個のダイヤ
フラムのそれぞれに設けられた歪み検出部の検出特性は
、同一の感度特性を有するものであることが必要である
。そのため、各ダイヤフラムにおいて、別々に作られる
電気的構成を有する前記の歪み検出部およびそれに関連
する電気回路部について、その検出特性は電気的に調整
され、同一の検出特性を有するように調整される。 歪み検出部に関連する電気的構成は、前述したブリッジ
回路を形成する４つの歪みゲージと、ブリッジ回路の出
力を所要レベルまで増幅する増幅器を含む。４つの歪み
ゲージはダイヤフラムの表面に所定の位置関係にて付着
する膜として形成され、増幅器は、外部回路として形成
される。かかる差圧センサの電気的構成において、従来
における、歪み検出部の検出特性の調整は、増幅器の利
得を調整することにより行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の差圧セ
ンサでは、２つの歪み検出部の感度特性の調整において
、増幅器のゲインで調整を行っていたため、調整精度が
低く、ひいては、差圧センサのセンシング能力を高める
ことができないという不具合があった。本発明の目的は
、２つのダイヤフラム部を有し、各ダイヤフラム部に歪
み検出部が設けられた差圧センサにおいて、２つの歪み
検出部の感度特性の調整を、高精度で行うことができる
構造を有した差圧センサおよびその感度調整方法を提供
することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る差圧センサ
は、一方の面に歪み検出部を備え、かつ他方の面を受圧
面としたダイヤフラム部を２か所備え、ダイヤフラム部
のそれぞれで、受圧面に加わる圧力が各々の歪み検出部
で検出され、各歪み検出部で検出された圧力の差を求め
る差圧センサにおいて、２つの歪み検出部のそれぞれは
、圧力を検出するためのブリッジ回路を有し、２つの歪
み検出部の少なくとも一方は、ブリッジ回路の感度を調
整するための可変抵抗器を含むことを特徴とする。前記
の構成において、感度調整用可変抵抗器を備えた歪み検
出部の感度特性を、可変抵抗器の抵抗値を調整して、感
度調整機能を有しない歪み検出部の感度特性に一致させ
るようにしたことを特徴とする。前記の構成において、
２つの歪み検出部は、それぞれ、トリミングで形成され
る感度調整用の可変抵抗器を有することを特徴とする。 本発明に係る差圧センサの感度調整方法は、一方の面に
歪み検出部を備え、かつ他方の面を受圧面としたダイヤ
フラム部を２か所備え、ダイヤフラム部のそれぞれで、
受圧面に加わる圧力が各々の歪み検出部で検出され、各
歪み検出部で検出された圧力の差を求める差圧センサで
あり、２つの歪み検出部は、それぞれ、圧力を検出する
ためのブリッジ回路と、このブリッジ回路の中に組み込
まれた、その感度を調整するための、トリミングで形成
される感度調整用の可変抵抗器とを有し、これらの感度
調整用の可変抵抗器の抵抗値を調整して、感度の高い歪
み検出部の感度特性を、感度の低い歪み検出部の感度特
性に一致させるようにしたことを特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明による差圧センサでおよびその感度調整
方法では、２つのダイヤフラム部のそれぞれの一方の面
に、歪み検出部を設け、さらに少なくともいずれか一方
の歪み検出部の箇所に感度調整用の可変抵抗器を設け、
この可変抵抗器の抵抗値を変更することにより、歪み検
出部の感度を調整するように構成したため、２つの歪み
検出部の感度特性を正確に一致させることができ、差圧
センサとしてのセンシング精度を高めることができる。 特に、２つの歪み検出部に、感度調整用の、トリミング
によって抵抗値を調整するように構成された可変抵抗器
を設けるようにしたものでは、前記抵抗値は小さくなる
ようにしか調整できないから、抵抗値の大きい感度の高
いものが、抵抗値の小さい感度の低いものに一致するよ
うに、調整を行う。

【０００６】

【実施例】以下に、本発明の実施例を、図１〜図５に基
づいて説明する。図１は本発明に係る差圧センサを、実
装箇所に組付けた状態の縦断面図、図２はダイヤフラム
の歪み検出部が配設された面の平面図、図３は差圧セン
サの電気回路部の配線図、図４はブリッジ回路の感度調
整前の感度特性図、図５は感度調整後の感度特性図であ
る。図１において、差圧センサは、２つのダイヤフラム
基体１，２を組み合わせて構成される。第１のダイヤフ
ラム基体１と第２のダイヤフラム基体２は、同一の材質
および同一の形態で形成され、それぞれ差圧センサのセ
ンサ半体として構成される。ダイヤフラム基体１，２は
、それぞれ、リング形支持部１ａ，２ａと、ダイヤフラ
ム部１ｂ，２ｂとからなり、これらは一体的に形成され
ている。支持部１ａ，２ａはダイヤフラム部１ｂ，２ｂ
を支持する機能を有する。ダイヤフラム部１ｂ，２ｂは
，この実施例では、薄肉円形の形態を有した受圧部とし
ての機能を有する。ダイヤフラム基体１では上から流体
圧が加わり、ダイヤフラム基体２では下から流体圧が加
わる。ダイヤフラム基体１のダイヤフラム部１ｂにおい
て、受圧面の裏側の面には、図２に示されるように、歪
み検出部３１が設けられる。歪み検出部は、受圧面に加
わる圧力でダイヤフラム部１ｂが変形したとき、ダイヤ
フラム部１ｂに生じる歪みを測定し、これにより印加さ
れた流体圧を検出する。歪み検出部では、ダイヤフラム
部１ｂの裏側面に、例えばポリシリコンで形成された４
個の歪みゲージ３が所定の配置状態で配設される。４個
の歪みゲージ３は、ホイートストンブリッジ回路を構成
する。４は、歪みゲージ３を電気的に接続する金で成膜
された電極であり、電極４は、ワイヤ５を外部へボンデ
ィングするためのパッドとして機能する。６は、例えば
フレキシブルプリント基板であり、その表面には、前記
ワイヤ５を接続させるパッド７を有し、配線用部材とし
て用いられている。ワイヤ５で取り出されたブリッジ回
路の出力は、フレキシブルプリント基板６上に形成され
たリード線８によって外部に引き出される。フレキシブ
ルプリント基板６の上には複数のリード線８が形成され
ており、これらのリード線８は集められた状態で、外部
に引き出される。ダイヤフラム基体２のダイヤフラム部
２ｂの受圧面の裏側面にも、上記と同様にして、同じ構
成を有する歪み検出部が設けられている。

【０００７】本発明による差圧センサでは、それぞれセ
ンサ半体である２つのダイヤフラム基体１，２を、歪み
検出部を備えたダイヤフラム部１ｂ，２ｂの面が対向す
るように、背中合わせの位置関係で配置させ、２つのダ
イヤフラム基体１，２の間にリング部材９を介設して組
み付けている。２つのダイヤフラム基体１，２とリング
部材９によってスペース１０が形成されるが、このスペ
ース１０は流体の存在する箇所から隔離され、前記リー
ド線８の引出し部を除いて、ほぼ封止状態にある。この
空間１０の大きさは小さいほどよい。すなわち、各ダイ
ヤフラム部１ｂ，２ｂの受圧面の反対側の背面に配設さ
れた応力検出部の温度条件が同一になるように、できる
限り接近させて配設するように構成されている。

【０００８】差圧センサの周辺部の１１は、差圧センサ
が収容されるハウジングの一部を示す。１２はハウジン
グ１１に形成された差圧センサが配設される円形の穴、
１３は穴１２に通じる第１の油路、１４は穴１２に通じ
る第２の油路である。油路１３，１４の出口部に対応す
る穴１２の内面部分には、全周にわたりリング形状の溝
１３ａ，１４ａが形成されている。穴１２内には、まず
底部の側からリング形状のスペーサ１５、本発明の差圧
センサ、カバー部材１６の順で配設される。スペーサ１
５は、油路１３および溝１３ａに対応して配置され、ス
ペーサ１５に形成された孔１５ａを通して内部の空間と
油路１３が連通した状態にある。ダイヤフラム基体１，
２の外周囲には、リング状溝のそれぞれに配置されたＯ
リング１７，１８が配設され、圧力の測定対象である圧
油のシールを行っている。ダイヤフラム基体２のダイヤ
フラム部２ｂの下面は受圧面であり、油路１３から供給
される圧油は溝１３ａ及び孔１５ａを介してダイヤフラ
ム部２ｂの受圧面に導かれ、接液する。カバー部材１６
は、差圧センサを外側よりカバーする機能を有する。カ
バー部材１６には、差圧センサのダイヤフラム基体１の
受圧面に対し油路１４からの圧油を導くための孔１６ａ
が形成されている。差圧センサで、ダイヤフラム部１ｂ
，２ｂの裏面に配設された、歪みゲージ等からなる歪み
検出部から引き出されたリード線８は、リング部材９の
横孔９ａおよびハウジング１１に形成された孔１９を通
して、増幅器を含むＩＣチップ２０の箇所まで引き出さ
れる。２１はＩＣチップ２０から引き出されるピンであ
り、２２はピン２１を固定するカバーである。ハウジン
グ１１の穴１２に収容・設置された差圧センサは、押え
カバー部材２３によって押さえ付けられ、穴１２内に固
定される。また押えカバー部材２３はボルトやネジ等に
よってハウジング１１に固定される。

【０００９】差圧を検出する電気回路系統を、回路図で
描くと、図３に示す通りになる。前述した如く、ダイヤ
フラム部１ｂ，２ｂの一方の面に形成された歪み検出部
において、歪みゲージ３はブリッジ回路を形成するが、
これを回路図で示すと、抵抗素子によるブリッジ回路と
して示される。図３で、抵抗３は歪みゲージを示してい
る。また、３１はダイヤフラム部１ｂの歪み検出部のブ
リッジ回路、３２はダイヤフラム部２ｂの歪み検出部の
ブリッジ回路である。各ブリッジ回路３１，３２には、
電圧Ｖが印加されている。ブリッジ回路３１，３２のそ
れぞれの出力端には、感度調整用の抵抗器３３，３４，
３５，３６が接続されている。ブリッジ回路３１，３２
の出力は、次の段の増幅器３７，３８で所望レベルまで
増幅される。その後、各増幅器３７，３８の出力は差動
増幅器３９に入力され、ここでその差の電圧が増幅され
る。以上の３つの増幅器３７，３８および差動増幅器３
９は、実装上、図１に示される同一のＩＣチップ２０に
収容されている。

【００１０】油路１３，１４を通って、外部から供給さ
れる流体圧は、各ダイヤフラム１，２のダイヤフラム部
１ｂ，２ｂに印加される。ダイヤフラム部１ｂ，２ｂは
、圧力を受けると、圧力に対応した歪みを発生する。 ダイヤフラム部の歪み検出部に成膜された４個の歪みゲ
ージ３は、それぞれ歪みに対応した抵抗値変化を起こし
、ブリッジ回路３１，３２のそれぞれで、圧力に比例し
たブリッジ回路出力を発生する。ところで、各々の歪み
ゲージのゲージ率のばらつき、あるいはダイヤフラム部
１ｂ，２ｂの厚みの誤差に起因して、圧力に対するブリ
ッジ回路３１と３２の感度特性が、それぞれで異なる。 そこで、正確な差圧を求めるためには、２つのブリッジ
回路３１，３２の感度特性が同じ特性になるように調整
される必要がある。図４は、ブリッジ回路３１，３２の
、圧力に対する出力特性の例を示す。図４で、Ａはブリ
ッジ回路３１の出力特性、Ｂはブリッジ回路３２の出力
特性である。２つの出力特性Ａ，Ｂは傾斜が一致してい
ない。そこで、図３に示した、ブリッジ回路３１および
３２のそれぞれに加えられた４つの感度調整用の可変抵
抗器３３〜３６の抵抗値を調整することにより、２つの
ブリッジ回路３１，３２の感度特性を一致させるように
する。可変抵抗器３３〜３６は、その可変抵抗値を所定
値に設定すれば、その後、圧力に対しては、その抵抗値
は一定に保持される。感度調整用の可変抵抗器３３〜３
６は、この実施例では、図１に示す如く、ＩＣチップ２
０に設けられたトリミング可能なチップ抵抗２０ａであ
り、外付け構造を有するものである。トリミング可能な
チップ抵抗２０ａは、その抵抗値を上げる方向のみでし
か抵抗値を変えることができないので、抵抗値を高くし
てブリッジ回路の感度を下げることにより、２つのブリ
ッジ回路３１，３２の感度特性を一致させる。したがっ
て、この感度調整では、感度の高いものの感度特性を、
感度の低いものの感度特性に一致させることになる。図
４の例の場合で説明すると、ブリッジ回路３１の出力特
性Ａ、すなわち感度特性の方が高いから、可変抵抗器３
３，３４のいずれかの抵抗値を高くして、ブリッジ回路
３２の出力特性Ｂに一致させる。図５は調整後の出力特
性Ａ，Ｂを示している。出力特性Ａの感度（直線の傾き
）を低下させることにより、出力特性Ｂと一致させてい
る。ブリッジ回路３１および３２の感度特性の実際的な
調整を説明する。最初に、感度調整用の可変抵抗器で、
零バランスをとる。次に、圧力を所定の範囲で変化させ
て各ブリッジ回路３１，３２の出力を測定し、出力特性
からそれぞれの感度を求める。感度の大きいブリッジ回
路３１の感度を、感度の小さいブリッジ回路３２の感度
に合わせるため、ブリッジ回路３１の２つの感度調整用
の可変抵抗器３３，３４の抵抗値を、零バランスを保ち
ながら、上げていき、ブリッジ回路３２の感度に一致さ
せる。一例として、無負荷時の歪みゲージの抵抗値を３
ＫΩとし、ブリッジ回路を組んだ時１００Ωの感度調整
用抵抗を追加し、さらにこの感度調整用抵抗を１０％増
加させるとすると、ブリッジ回路の感度は、約０．２％
減少する。このように、感度調整用抵抗器によるブリッ
ジ回路の感度の低下の調整は、非常に小さくすることが
でき、これにより、２つのブリッジ回路３１，３２の感
度を、正確に合わせることができ、かつ高い精度で微調
整することができる。因みに、従来の如く増幅器のゲイ
ンで調整する場合には、調整用の抵抗器の抵抗値を１０
％増減させると、ゲイン、すなわち感度も１０％変動す
る。このように、従来の調整方法では、調整用の抵抗値
の精度と、ゲインの精度とが同程度であり、感度の調整
には適さないものである。

【００１１】図３において、各ブリッジ回路３１，３２
から出力された電圧は、それぞれ、初段の増幅器３７，
３８で増幅される。この場合には、増幅器３７，３８は
、同一のＩＣチップ２０の上に対称性を持たせて製作す
るようにしたため、互いにゲインが同じであるとみなす
ことができ、ゲイン合わせのための調整を行う必要は生
じない。各増幅器３７，３８の出力電圧は、差動増幅器
３９で差をとられ、外付けのゲイン調整用の抵抗器４０
でゲインが調整され、センサ出力として所定の信号を得
る。

【００１２】なお、前記の感度調整用の抵抗器３３〜３
６によるブリッジ回路３１，３２の間の感度合わせの時
に、零バランスを保ちながら、感度調整を行うと、零バ
ランスが多少くずれるおそれがある。この場合には、差
動増幅器３９で、オフセット用の調整機能を設けること
により、問題を解消することができる。

【００１３】前記の実施例では、２つのブリッジ回路３
１，３２の感度合せの調整用抵抗を、トリミングで抵抗
値調整される抵抗器の例で説明したが、その他に、抵抗
値を自由に増減できる小型抵抗器を用いることも可能で
ある。この場合にも、かかる小型抵抗器は、ＩＣチップ
２０の近傍の箇所に外付けされる。特に、本実施例の場
合には、感度の高いブリッジ回路と感度の低いブリッジ
回路との間で、自由に感度合わせのための調整を行うこ
とができる。すなわち、感度の低いブリッジ回路に一致
させることもできるし、感度の高いブリッジ回路に一致
させることもできる。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、２つのダイヤフラム部を有して、したがって、
それぞれ、歪みゲージで構成されるブリッジ回路を含む
２つの歪み検出部を有する差圧センサにおいて、前記ブ
ッリジ回路に感度調整用に可変抵抗器を設けるようにし
たため、２つのブリッジ回路の感度を容易にかつ正確に
、さらに高い精度で調整することができる。この結果、
本発明による差圧センサによれば、高圧領域と低圧領域
で誤差の少ない差圧を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る差圧センサを実装すべき箇所に組
付けた状態の縦断面図である。

【図２】ダイヤフラムの歪み検出部が配設された面の平
面図である。

【図３】差圧センサの電気回路部の配線図である。

【図４】ブリッジ回路の感度調整前の感度特性図である
。

【図５】ブリッジ回路の感度調整後の感度特性図である
。

【符号の説明】

１，２　　　　　　　　ダイヤフラム基体１ｂ，２ｂ　
　　　ダイヤフラム部 ３　　　　　　　　　　歪みゲージ ６　　　　　　　　　　フレキシブルプリント基板８　
　　　　　　　　　リード線 ９　　　　　　　　　　リング部材 １１　　　　　　　　ハウジング １３，１４　　　　油路 １５　　　　　　　　スペーサ １６　　　　　　　　カバー部材 ２０　　　　　　　　ＩＣチップ ３１，３２　　　　ブリッジ回路 ３３〜３６　　　　感度調整用可変抵抗器３７，３８　
　　　増幅器 ３９　　　　　　　　　　差動増幅器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一方の面に歪み検出部を備え、かつ他
   方の面を受圧面としたダイヤフラム部を２か所備え、前
   記ダイヤフラム部のそれぞれで、受圧面に加わる圧力が
   各々の前記歪み検出部で検出され、各歪み検出部で検出
   された圧力の差を求める差圧センサにおいて、前記２つ
   の歪み検出部のそれぞれは、圧力を検出するためのブリ
   ッジ回路を有し、前記２つの歪み検出部の少なくとも一
   方は、ブリッジ回路の感度を調整するための可変抵抗器
   を含むことを特徴とする差圧センサ。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の差圧センサにおいて、
   感度調整用可変抵抗器を備えた歪み検出部の感度特性を
   、前記可変抵抗器の抵抗値を調整して、感度調整機能を
   有しない歪み検出部の感度特性に一致させるようにした
   ことを特徴とする差圧センサ。
3. 【請求項３】　　請求項１記載の差圧センサにおいて、
   前記２つの歪み検出部は、それぞれ、トリミングで形成
   される感度調整用の前記可変抵抗器を有することを特徴
   とする差圧センサ。
4. 【請求項４】　　一方の面に歪み検出部を備え、かつ他
   方の面を受圧面としたダイヤフラム部を２か所備え、前
   記ダイヤフラム部のそれぞれで、受圧面に加わる圧力が
   各々の前記歪み検出部で検出され、各歪み検出部で検出
   された圧力の差を求める差圧センサであり、前記２つの
   歪み検出部は、それぞれ、圧力を検出するためのブリッ
   ジ回路と、このブリッジ回路の中に組み込まれた、その
   感度を調整するための、トリミングで形成される感度調
   整用の可変抵抗器とを有し、これらの感度調整用の可変
   抵抗器の抵抗値を調整して、感度の高い歪み検出部の感
   度特性を、感度の低い歪み検出部の感度特性に一致させ
   るようにしたことを特徴とする差圧センサの感度調整方
   法。