JPH06174574A - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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JPH06174574A
JPH06174574A JP34364492A JP34364492A JPH06174574A JP H06174574 A JPH06174574 A JP H06174574A JP 34364492 A JP34364492 A JP 34364492A JP 34364492 A JP34364492 A JP 34364492A JP H06174574 A JPH06174574 A JP H06174574A
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JP
Japan
Prior art keywords
coil
chamber
pressure sensor
diaphragm
present
Prior art date
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Pending
Application number
JP34364492A
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English (en)
Inventor
Isao Suzuki
鈴木  勲
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NIPPON M K S KK
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NIPPON M K S KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明に係る圧力センサは、小形で高感度を
達成する。 【構成】 本発明に係る圧力センサは、内部に室を有す
ると共に、この室と流体側とをつなぐ穴部4が形成され
たセンサケース1と、このセンサケース1の前記室内を
流体側の室9と他方の側の室10とに区分するダイヤフ
ラム8と、前記他方の側の室10において、前記ダイヤ
フラム8に対向配置され、そのダイヤフラム8側の表面
にコイル13が形成されるコイル保持体11とを有す
る。且つ、本発明に係る圧力センサでは、前記コイル保
持体11の前記表面のコイル13が平面渦巻状に形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体の製造過程で
用いられる各種ガス等の流体の圧力測定に好適な圧力セ
ンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の圧力センサとしては、実開昭63
−36059号に示される半導体歪ゲージを使用したタ
イプと、特開昭63−107487号に示される可変キ
ャパシタンス方式のタイプとが知られているが、半導体
歪ゲージを使用したタイプのもの或いは、抵抗線歪ゲー
ジを使用したタイプのものにあっては、抵抗温度係数が
それぞれ、0.3×(10のマイナス4乗)、12×
(10のマイナス4乗)と極めて高い欠点を有する。こ
れに対し、可変キャパシタンス方式のタイプのものにあ
っては、コンデンサの誘電体が真空を利用するから、抵
抗温度係数が無視できる程度の値であり、経年変化が少
ないことから、広く用いられている。
【0003】上記可変キャパシタンス方式のタイプの圧
力センサは、高真空に保たれた基準圧力室と測定室とを
ダイヤフラムで区切り、このダイヤフラムに近接させ対
向して基準室側に電極を配置した構成を持つ。係る構成
の圧力センサでは、圧力の変化に伴いダイヤフラムと電
極との距離が変化するので、この間のキャパシタンスが
変化し、これを圧力変化として検出するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、例えば、外
径50ミリメートルφの電極にあっては、キャパシタン
スが僅かに数十ピコファラッドと小さく、また、変化量
にあってはその百分の一程度と極めて少ないものであ
る。これを大きくし、S/N比を改善するするために
は、形状を大形とするしかないという問題点があった。
更に、浮遊容量の影響のため小形化には限界があった。
特に、半導体製造の如き分野においては、小形で小スペ
ースの圧力センサが望まれており、小形で感度の優れた
圧力センサの出現が望まれていた。
【0005】本発明は、上記のような従来の圧力センサ
の問題点及び圧力センサに対する要望に鑑みてなされた
もので、その目的は、小形で感度の良い圧力センサを提
供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では、内部に室を
有すると共に、この室と流体側とをつなぐ穴部が形成さ
れたセンサケースと、このセンサケースの前記室内を流
体側の室と他方の側の室とに区分するダイヤフラムと、
前記他方の側の室において、前記ダイヤフラムに対向配
置され、そのダイヤフラム側の表面近傍にコイルが形成
される様に圧力センサを構成し、且つ、前記コイルを平
面渦巻状に形成した。
【0007】
【作用】上記構成では、圧力の変化によるダイヤフラム
の変位を検出する手段として、コイルとして、平面渦巻
状に形成された平板コイルを用いる。この平板コイルの
特徴は、ボビン等にコイルを巻いて形成したものに比
し、コイルの中心付近で極めて強い磁界が得られる点に
ある。具体的には、図4に示される通常のソレノイドに
おいては、単位長当たりのコイルの巻き数をN0 とし、
電流をI、コイルの長さをLとすると、図の角度θ1、
θ2を用いて、磁界Hは、 H=N0 I(COSθ2+COSθ1)/2L となる。これに対し、図3に示される渦巻コイルの場合
には、半径方向の単位長当たりの電流をI0 とし、図の
角度αを用いて、 H=I0 {COSh−1(SECα)−SINα}/2 となり(以上、若桑光雄著『大学過程 電磁気学演習』
(株式会社昭晃堂)による。)、αが90度のときに極
めて強い磁界が得られることになる。本発明では、上記
コイルに電流を流して強い磁界を発生させ、この磁界に
より対向するダイヤフラムに渦電流を発生させる。この
渦電流は、コイルに発生した磁界の変化を弱める様に流
れ、且つ、コイルとダイヤフラムとの間の距離に応じて
渦電流の量が異なり、この渦電流の量によって、コイル
に発生した磁界が弱められる度合いが異なることにな
り、結局、コイルのインピーダンスの変化として現れ
る。即ち、圧力によるダイヤフラムとコイル間の距離の
変化をコイルのインピーダンスの変化として検出できる
ことになる。
【0008】
【実施例】以下、添付の図面を参照して、本発明の実施
例を説明する。図1には、本発明の実施例に係る圧力セ
ンサの断面図が示されている。センサケース1は、図の
右側方向から見たとき円形をなし、正面方向から見たと
きやや大形の円柱2の左方に小径の円柱3が接続された
構成を持っている。センサケース1の小径の円柱3に
は、流体を導入する穴4が形成されており、小径の円柱
3の右側には大形の円柱2の一部が構成され、部材5と
なっている。部材5には、これに結合される有底円筒で
ある部材6が溶接部7により接続されている。大形の円
柱内の室は、上記溶接部7により接続されるダイヤフラ
ム8により仕切られている。
【0009】ダイヤフラム8により仕切られた室のう
ち、穴4につながる側の室は、測定室9であり、他方の
室は基準圧力室10である。基準圧力室10には、図2
に示されるような円盤状のコイル保持体11がダイヤフ
ラム8に対向させられて配置されている。コイル保持体
11の一方の表面の外周部12が突出しており、表面中
央部には平面渦巻コイル13が形成されている。このコ
イル保持体11はセラミック基材により構成され、上記
表面中央部に金属が着膜される。そして、この着膜され
た金属がフォトエッチングにより渦巻状に残余されて、
平面渦巻コイル13とされる。また、金属の着膜より先
に、セラミック基材の表面中央部、渦巻の中間タップと
なる部分、渦巻の終端部となる部分から、それぞれの裏
面に貫通して金属14a、14b、14cを埋設してお
く。(他の実施例では、金属着膜後に埋設する。)コイ
ル保持体11の裏面における金属14a、14b、14
cとハ−メチック端子15a、15b、15cとをリー
ド線により接続する。基準圧力室10の空気はガス抜き
ポート16を介して引き抜かれ、基準圧力室10は所定
の真空状態とされ、ガス抜きポート16は内部に適切な
ゲッタ材が入れられた後、溶接により封止される。
【0010】上記の如く構成された圧力センサのハーメ
チック端子15aと15b、ハーメチック端子15bと
15cとの間のコイルをそれぞれ図5に示す様に、L
1、L2とし、外部の抵抗R1、R2とブリッジ回路を
構成し、これらに、交流電源21から所要の電圧を印加
する。コイルL1、L2の接続点と、抵抗R1、R2の
接続点とから差動増幅器22へ信号を取り出し、圧力変
化によりダイヤフラム8と平面渦巻コイル13との距離
とが変化するに伴ってコイルL1、L2のインピーダン
スが変化することを電位差の変化として検出するように
構成する。具体的には、測定室9側の圧力が変化しダイ
ヤフラム8が変位するとき、その中央部がより多く変位
する。従って、中央部にあるコイルL1のインピーダン
スがコイルL2のインピーダンスより多く変化する。こ
の変化により生じるブリッジ回路の不平衡による電位差
を差動増幅器2で検出する。
【0011】差動増幅器2による出力及び、交流電源2
1による電圧を乗算器23とローパスフィルタ24によ
る検波回路に導き、直流信号とし出力端子25から取り
出す。この検波回路の構成は、通常用いられている整流
回路と平滑回路とによっても構成可能である。
【0012】上記構成による圧力センサの優位性を検討
するため、図6に示される回路のコイルLとして、図7
に示される径20φ、巻き数40Tの平面渦巻コイルを
用いた場合と、径4φ、巻き数40T、高さ5ミリメー
トルのソレノイドを用いた場合で比較を行った。なお、
交流電源61は1MHzの1V(p−p)の電圧を発生
し、抵抗rは100オームのものを用いた。この結果、
ダイヤフラムに加わる圧力を横軸にとり、コイルLの両
端間電圧Vを縦軸にとると、ソレノイドの場合はAに示
すように変化率が少なく感度が悪いのに比し、平面渦巻
コイルの場合はBに示すように変化率が大きくS/N比
が改善されることが判る。
【0013】図8には、本発明の他の実施例の構成が示
されている。同図において、図1と同一の構成には同一
の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例の特
徴は、図10に示されるコイル保持体80の表面ダイヤ
フラム8側に図9に示されるコイル保持体90を積層し
て設け、2層構造によるコイルのダイヤフラム8からの
遠近差による感度の相違を利用した構成となっている点
に求められる。つまり、図1の実施例は、中央部のコイ
ルと、外周部のコイルとの感度差を利用したのに対し、
この実施例は、ダイヤフラム8からの距離の差による感
度差を利用する。
【0014】コイル保持体90は、円盤状のシリコンウ
エハーで構成され、その表面には金属の平面コイル93
が、図1の実施例と同様の手法により形成されている。
中央部と終端部とには、表面から裏面へ貫通する金属9
1、92が予め埋設されている。コイル保持体80は、
基本的に図1のコイル保持体11と同一構成のコイル保
持体であるが、平面渦巻コイル83の中央部と終端部と
に表面から裏面へ貫通する金属81、84が予め(他の
実施例では、金属着膜後に)埋設されている他、コイル
保持体90を積層したときに、金属92が当接する位置
には、表面から裏面へ貫通する金属82が独立して埋設
されている。従って、コイル保持体80、90の積層状
態における各金属81、82、84、91、92の接続
状態は図8に示されるように、金属81、91が接続さ
れ、金属82、92が接続される。そして、圧力センサ
として図5の回路に組み込まれ、平面渦巻コイル93は
ダイヤフラムに近い故にコイルL1として、平面渦巻コ
イル83はダイヤフラムに遠い故にコイルL2として、
それぞれ機能する。すなわち測定室9側の圧力が変化し
ダイヤフラム8が変位すると、このダイヤフラム8に近
い側のコイルL1のインピーダンスが遠い方のコイルL
2のインピーダンスより多く変化する。この変化により
生じるブリッジ回路の不平衡による電位差を差動増幅器
2で検出する。なお、平面コイル83の渦の巻き方向と
平面コイル93の渦の巻き方向とは、それぞれによる磁
界が打ち消されないように、逆巻きにされる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
平面渦巻コイルを用いてダイヤフラムに渦電流を生じさ
せる構成であり、平面渦巻きコイルによる磁界は極めて
強く、これによりコイルのインピーダンス変化が大きく
高感度なセンサを提供することができる。更に、コイル
をウエハー上に金属を着膜しフォトエッチングにより形
成するので、均一な特性のセンサを提供でき、コストを
低下出来る利点がある。また、フォトエッチング技術に
より小形で高感度なセンサを提供出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る圧力センサの断面図。
【図2】本発明の実施例に係る圧力センサの要部斜視
図。
【図3】平面渦巻コイルの磁界を計算するための参考
図。
【図4】ソレノイドコイルの磁界を計算するための参考
図。
【図5】本発明の実施例に係る圧力センサを用いた圧力
検出回路のブロック図。
【図6】本発明の実施例と従来例に係る圧力センサの特
性比較用回路を示す図。
【図7】本発明の実施例と従来例に係る圧力センサの比
較特性図。
【図8】本発明の他の実施例に係る圧力センサの断面
図。
【図9】本発明の他の実施例に係る圧力センサの要部斜
視図。
【図10】本発明の他の実施例に係る圧力センサの要部
斜視図。
【符号の説明】
1 センサケース 4 穴 5、6 部材 7 溶接部 8 ダイヤフラム 9 測定室 10 基準圧力室 11 コイル
保持体 13 平面渦巻コイル 14b 金属
(中間タップ) 15a〜15c ハーメッチック端子 16 ガス抜
きポート

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に室を有すると共に、この室と流体
    側とをつなぐ穴部が形成されたセンサケースと、 このセンサケースの前記室内を流体側の室と他方の側の
    室とに区分するダイヤフラムと、 前記他方の側の室において、前記ダイヤフラムに対向配
    置され、そのダイヤフラム側の表面近傍にコイルが形成
    される圧力センサであって、 前記コイルは、平面渦巻状に形成されていることを特徴
    とする圧力センサ。
  2. 【請求項2】 平面渦巻状に形成されたコイルには、中
    間タップが形成され、この中間タップから内側のコイル
    と前記中間タップから外側のコイルとのインピーダンス
    を取り出し可能に構成されていることを特徴とする請求
    項1記載の圧力センサ。
  3. 【請求項3】 内部に室を有すると共に、この室と流体
    側とをつなぐ穴部が形成されたセンサケースと、 このセンサケースの前記室内を流体側の室と他方の側の
    室とに区分するダイヤフラムと、 前記他方の側の室において、前記ダイヤフラムに対向配
    置され、そのダイヤフラム側の表面近傍に形成される第
    1のコイルと、 この第1のコイル積層配置された第2のコイルを有する
    圧力センサであって、 前記第1及び第2のコイルは、平面渦巻状に形成されて
    いることを特徴とする圧力センサ。
  4. 【請求項4】 コイルは、セラミック基材から成り、こ
    のセラミック基材の表面に金属パターンが着膜されて平
    面渦巻状コイルとされていることを特徴とする請求項1
    乃至請求項3のいずれか1項記載の圧力センサ。
  5. 【請求項5】 コイルは、シリコン基材のウエハーから
    成り、このウエハーの表面に金属パターンが着膜されて
    平面渦巻状コイルとされていることを特徴とする請求項
    1乃至請求項4のいずれか1項記載の圧力センサ。
JP34364492A 1992-12-01 1992-12-01 圧力センサ Pending JPH06174574A (ja)

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JP34364492A JPH06174574A (ja) 1992-12-01 1992-12-01 圧力センサ

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JP34364492A JPH06174574A (ja) 1992-12-01 1992-12-01 圧力センサ

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JP (1) JPH06174574A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6782754B1 (en) 2000-07-07 2004-08-31 Rosemount, Inc. Pressure transmitter for clean environments
US7347099B2 (en) 2004-07-16 2008-03-25 Rosemount Inc. Pressure transducer with external heater
US7679033B2 (en) 2005-09-29 2010-03-16 Rosemount Inc. Process field device temperature control
US7779698B2 (en) 2007-11-08 2010-08-24 Rosemount Inc. Pressure sensor
JP2020521970A (ja) * 2017-05-26 2020-07-27 アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー コイル作動型圧力センサ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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