JPH0619071Y2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） この考案は圧力センサに係り、詳しくはダイヤフラムの
変位を磁電変換素子により電気信号に変換して圧力を検
知する圧力センサに関するものである。

（従来技術） 第７図は、ダイヤフラムの変位を、電気信号に変換して
圧力を検知する圧力センサの基本構成を示すもので、ケ
ース１００内の空間をダイヤフラム２００より区画し
て、一方の空間部を基準圧力室１１０とし、また他方の
空間部を被測定流体が流入する圧力測定室１２０として
いる。そして、基準圧力室１１０内に変位−電気信号変
換装置３００を配置している。

この圧力センサでは、圧力室１２０に流入する被測定流
体の圧力でダイヤフラム２００が変位すると、すなわち
被測定流体の圧力と基準圧力室１１０内の圧力との釣り
合い位置が変化すると、この変位を変位−電気信号変換
装置３００により抵抗、電圧、電流等の電気信号に変換
して出力する。

しかし、圧力センサが設置される雰囲気温度が変化する
と誤差が生じる。例えば雰囲気温度が高温になると、基
準圧力室１１０内の圧力が上昇して、ダイヤフラム２０
０に作用する圧力バランスが崩れて、ダイヤフラム２０
０が圧力測定室１２０側に変位し、このため出力信号に
狂いが生じる。

雰囲気温度の変化による出力信号の狂いを防止するた
め、例えば第８図に示すように、基準圧力室１１０に孔
１１１を設けて、基準圧力を常に大気圧にするか、ある
いは第９図に示すように、基準圧力室１１０内を真空に
して、雰囲気温度が変化しても基準圧力室１１０内の圧
力が変化しないようにしている。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、基準圧力室１１０に孔１１１を設けた場
合、防水対策が必要で、構造的に複雑になる他、防水の
確実性の点でも不安が残る問題があった。また、基準圧
力室１１０内を真空にする場合も、製造に問題がある
他、信頼性の点で不安が残る等の問題があった。

この考案は上記従来技術を解消するもので、その目的と
するところは、防水対策が必要でなく、製造が簡単で、
信頼性のある圧力センサを提供することである。

［考案の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、この考案によれば、ケース内
に、磁石と、磁電変換素子と、被測定流体の圧力を受け
るダイアフラムと、このダイアフラムの変位にしたがっ
て磁石と磁電変換素子との間の間隔を変化させる支持機
構とを装備し、ダイアフラムが受ける圧力変化を磁電変
換素子で電気信号に変換する圧力センサにおいて、前記
磁電変換素子の出力が低圧力側で高く、高圧力側で低く
得られると共に、圧力センサ周囲の雰囲気温度が上昇す
るにしたがって、磁石と磁電変換素子との前記間隔が減
少する方向にダイアフラムが変位されるように前記支持
機構を構成した圧力センサが提供される。

尚、ここで用いられている「磁電変換素子」は磁気を電
気に変換するものを意味しており、例えばホール素子、
磁気抵抗素子、マグネットダイオード、磁気リアクタン
ス等がある。

（作用） 例えば磁石と磁電変換素子とが互いに接近したとき、磁
電変換素子の出力が高く、離れるに従って出力が低くな
るようなタイプの磁電変換素子を使用した場合では、被
測定流体の圧力が低いとき、支持機構により磁石と磁電
変換素子が接近した状態にある。このような場合におい
て、雰囲気温度が上昇すると、磁石の磁力が減少（減
磁）するが、支持機構によってダイアフラムが変位し
て、更に磁電変換素子と磁石が接近し、結果的には磁電
変換素子の出力を変わらないようにすることが出来る。

また、被測定流体の圧力が高いとき、支持機構により磁
石と磁電変換素子が離れた状態にある。このような場合
において、雰囲気が上昇すると、支持機構によりダイヤ
フラムが変位して、磁電変換素子と磁石が接近するた
め、温度上昇により磁石の磁力が減少（減磁）しても、
結果的には磁電変換素子の出力を変わらないようにする
ことが出来る。

（実施例） 以下この考案の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの考案の第一実施例を示す圧力センサの断面
図である。図中符号１０はケースで、その内部には内部
ケース１０ａとダイヤフラム２０が装備されていて、こ
の内部ケース１０ａとダイヤフラム２０により、ケース
１０内の空間が基準圧力室１１と測定圧力室１２とに区
画されている。

ここで、基準圧力室１１はケース１０の上部側に位置
し、磁束密度が増加するにしたがって出力電圧が高くな
るタイプの磁電変換素子であるホール素子３０と、磁石
４０と、これらホール素子３０と磁石４０を支持する支
持機構５０が配置されている。また、測定圧力室１２は
ケース１０の下部側に位置し、被測定流体が流入する開
口部１２ａが設けられている。

上記支持機構５０は、ケース１０及び内部ケース１０ａ
に支持された固定台５１と、この固定台５１中央部の貫
通孔５１ａ内に軸方向に移動可能に支持されてダイヤフ
ラム２０に連結された連結棒５２と、基端部がピン５３
を介して固定台５１上に支持されて連結棒５２により回
動する支持アーム５４とから構成されている。そして、
圧力室１２内に流入した被測定流体によりダイヤフラム
２０が変位すると、連結棒５２がケース１０の上部側に
移動して、支持アーム５４を持ち上げる。これにより、
支持アーム５４はピン５３を支点として矢印Ａ方向に回
動し、支持アーム５４の自由端側は固定台５１から離れ
る。支持アーム５４の自由端側が固定台４１から離れる
度合いは、被測定流体の圧力が低い場合には僅かであ
り、被測定流体の圧力が高くなるにしたがって大きくな
る。なお、５５は調整ネジで、ホール素子３０と磁石４
０との間隔を調整する。

このように支持機構５０を構成して、磁石４０を支持ア
ーム５４の自由端に配置する一方、ホール素子３０を磁
石４０と対向する位置の固定台５１上に配置すると、被
測定流体の圧力が低い場合にはホール素子３０の出力電
圧を高くすることができる。すなわち、ダイヤフラム２
０により連結棒５２がケース１０の上部側に余り上昇し
ないため、ホール素子３０と磁石４０とは接近した状態
となって、磁石４０の磁界の磁束密度が高く、ホール素
子３０から得られる出力電圧（ホール電圧）を高くする
ことが出来る。

また、被測定流体の圧力が高い場合にはホール素子３０
の出力電圧を低くすることがで出来る。すなわち、ダイ
ヤフラム２０により連結棒５２がケース１０の上部側に
大きく移動するため、ホール素子３０と磁石４０とは離
れた状態となって、磁石４０の磁界の磁束密度が低く、
ホール素子３０から得られる出力電圧を低くすることが
出来る。

上記圧力センサでは、被測定流体が開口部１２ａから圧
力測定室１２に流入して、その圧力がダイヤフラム２０
に作用すると、被測定流体の圧力と基準圧力室１１内の
圧力とが釣り合う位置にダイヤフラム２０が変位する。
このダイヤフラム２０の変位に相当して磁石４０がホー
ル素子３０から離れ、そして磁石４０の磁界の磁束密度
に比例してホール素子３０から出力電圧が得られる。し
たがって、ホール素子３０の出力電圧から被測定流体の
圧力を知ることが出来る。

ここで、雰囲気温度が高くなると、磁石４０の磁界の磁
束密度が減少するが、基準圧力室１１内の圧力が上昇し
て、磁石４０がホール素子３０に接近する（ダイヤフラ
ム２０が圧力測定室１２側に変位して、連結棒５２が下
降し、磁石４０がホール素子３０に接近する）ので、ホ
ール素子３０の出力電圧を何ら変化しないようにするこ
とが出来る。

これを、磁石４０の磁界の磁束密度と磁石４０とホール
３０との間の距離（_ｍｍ）との関係を示す第２図のグラ
フで説明すると、磁石４０の磁束密度の減少により、磁
束密度と距離との関係を示す曲線は、曲線Ｂから曲線Ｃ
に変わろうとする。一方、磁石４０とホール素子３０と
の距離が短くなることにより、磁束密度と距離との関係
を示す曲線は、反対に曲線Ｃから曲線Ｂに戻ろうとす
る。すなわち、雰囲気温度が上昇して、磁石４０の磁束
密度が減少しても、磁石４０とホール３０との距離が短
くなって、ホール素子３０の磁石４０から受ける磁束密
度が増加する。

したがって、磁石４０自身の磁束密度の減少分に相当し
て、磁石４０とホール素子３０との間の距離の短縮によ
りホール素子３０が受ける磁界の磁束密度を増加させる
ことで、ホール素子３０の出力電圧を何ら変化しないよ
うにすることが出来る。

第３図は、雰囲気温度（℃）と基準圧力室１１内の圧
力、磁石４０の磁束密度、ホール素子３０の主力電圧と
の関係を示すグラフである。

このグラフで説明すると、雰囲気温度の上昇に伴い磁石
４０の磁束密度が減少して、ホール素子３０の出力電圧
が減少する筈であるが（第３図の磁束密度の温度係数を
直線Ｄ参照）、基準圧力室１１内の圧力上昇により磁石
４０がホール素子３０に接近して、ホール素子３０の磁
石４０から受ける磁束密度が増加して、ホール素子３０
の出力電圧が高くなるため（同図の出力電圧の温度係数
を示す直線Ｅ参照）、ホール素子３０の出力電圧を雰囲
気温度により変化しないようにすることが出来る（同図
の直線Ｆ参照）。

このようにすれば、雰囲気温度の変化による誤差を少な
くするために基準圧力室１１に開口部を設けて、基準圧
力室１１内を大気圧にしたり、あるいは基準圧力室１１
を真空にしたりしなくても済む。

第４図はこの考案の圧力センサの第二実施例を示ず断面
図である。この第二実施例では、支持機構５０を固定台
５１と連結棒５２とで構成している。また、固定台５１
上に、磁束密度の増加により抵抗値が高くなるタイプの
磁電変換素子である磁気抵抗素子３０を配置する一方、
これに対向するように連結棒５２の上端に、下端側をＳ
極、上端側をＮ極に着磁した磁石４０を固定している。
そして、被測定流体の圧力が低い場合には、磁石４０が
磁気抵抗素子３０に接近して、磁気抵抗素子３０の抵抗
値が高くなり（出力電圧が高くなり）、また被測定流体
の圧力が高い場合には、磁石４０が磁気抵抗素子３０か
ら離れて、磁気抵抗素子３０の抵抗値が低くなる（出力
電圧が低くなる）。

この場合も、雰囲気温度が高くなると、磁石４０の磁界
の磁束密度が減少するが、基準圧力室１１内の圧力が上
昇して、磁石４０が磁気抵抗素子３０に接近する（ダイ
ヤフラム２０が圧力測定室１２側に変位して、連結棒５
２が下降し磁石４０が磁気抵抗素子３０に接近する）た
め、磁気抵抗素子３０の出力電圧を雰囲気温度により変
化しないようにすることが出来る。

第５図は磁気抵抗素子３０の出力電圧と被測定流体の圧
力との関係を示すグラフである。同グラフにおいて、曲
線Ｇは常温時での出力電圧と圧力との関係を示し、曲線
Ｈは高温時での出力電圧と圧力との関係を示している。
雰囲気温度の上昇により磁石４０の磁束密度が減少し
て、磁気抵抗素子３０の出力電圧は曲線Ｇから曲線Ｈに
変化しようとするが、雰囲気温度の上昇により基準圧力
室１１内の圧力が高くなって、ダイヤフラム２０を押し
下げるため、磁気抵抗素子３０の出力電圧は曲線Ｈから
曲線Ｇに戻ろうとする。したがって、磁石４０自身の磁
束密度の減少分に相当して、磁石４０と磁気抵抗素子３
０との間の距離により磁気抵抗素子３０の出力電圧を何
ら変化しないようにすることが出来る。

第６図は、雰囲気温度（℃）と基準圧力室１１内の圧
力、影響度、磁気抵抗素子３０の出力電圧との関係示す
グラフである。

このグラフで説明すると、雰囲気温度の上昇に伴い磁石
４０の磁束密度が減少して、磁気抵抗素子３０の出力電
圧が減少する筈であるが（第６図の磁束密度の温度係数
を示す直線Ｉ参照）、基準圧力室１１内の圧力上昇によ
り磁石４０が磁気抵抗素子３０に接近して、磁気抵抗素
子３０の磁石４０から受ける磁束密度が増加して、磁気
抵抗素子３０の出力電圧が増加するため（同図の出力電
圧の温度係数を示す直線Ｊ参照）、結局雰囲気温度の影
響を示す同図の直線Ｋから明らかなように、雰囲気温度
によって磁気抵抗素子３０の出力電圧がなんら変化しな
いようにすることが出来る。

［考案の効果］ 以上説明したようにこの考案の圧力センサによれば、磁
電変換素子の出力が低圧力側で高く、高圧力側で低く得
られるように支持機構を構成したので、基準圧力室に孔
を設けて、基準圧力室内を大気圧にしたり、あるいは基
準圧力室を密封して内部を真空状態にしなくても、雰囲
気温度による誤差をなくすことが出来、従来のように防
水対策が必要でなく、また製造が簡単で、信頼性を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はこの考案の圧力センサの第一実施例
を示すもので、第１図は断面図、第２図は磁束密度と距
離との関係を示すグラフ、第３図は雰囲気温度と圧力、
磁束密度、出力電圧との関係を示すグラフであり、また
第４図乃至第６図はこの考案の圧力センサの第二実施例
を示すもので、第４図は断面図、第５図は出力電圧と圧
力との関係を示すグラフ、第６図は雰囲気温度と圧力、
影響度、出力電圧との関係を示すグラフであり、また第
７図乃至第９図は従来技術を示すもので、第７図は圧力
センサの基本構成を示す説明図、第８図及び第９図は雰
囲気温度の影響をなくすようにした圧力センサの説明図
である。 １０……ケース ２０……ダイヤフラム ３０……磁電変換素子（ホール素子、磁気抵抗素子） ４０……磁石 ５０……支持機構

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ケース内に磁石と、磁電変換素子と、被測
   定流体の圧力を受けるダイアフラムと、このダイアフラ
   ムの変位にしたがって磁石と磁電変換素子との間の間隔
   を変化させる支持機構とを装備し、ダイアフラムが受け
   る圧力変化を磁電変換素子で電気信号に変換する圧力セ
   ンサにおいて、 前記磁電変換素子の出力が低圧力側で高く、高圧力側で
   低く得られると共に、圧力センサ周囲の雰囲気温度が上
   昇するにしたがって、磁石と磁電変換素子との前記間隔
   が減少する方向にダイアフラムが変位されるように前記
   支持機構を構成したことを特徴とする圧力センサ。