JPH0629821B2 - 複合機能形差圧センサ - Google Patents
複合機能形差圧センサInfo
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- JPH0629821B2 JPH0629821B2 JP58169198A JP16919883A JPH0629821B2 JP H0629821 B2 JPH0629821 B2 JP H0629821B2 JP 58169198 A JP58169198 A JP 58169198A JP 16919883 A JP16919883 A JP 16919883A JP H0629821 B2 JPH0629821 B2 JP H0629821B2
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- pressure
- chamber
- thin portion
- pressure chamber
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/0092—Pressure sensor associated with other sensors, e.g. for measuring acceleration or temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は複合機能形差圧センサに係り、特に静圧影響が
ない温度補正された差圧信号を得るのに好適な複合機能
形差圧センサに関するものである。
ない温度補正された差圧信号を得るのに好適な複合機能
形差圧センサに関するものである。
差圧と温度とを検出するようにした差圧センサには多く
の例が見られる。第１図は現在用いられている差圧伝送
器の原理構造の一例を示す縦断面図である。筐体２には
内部に部屋が形成され、出力信号を外部に取りだすため
のリード線群４を設けた耐圧気密端子が取り付けられて
いる。筐体の対称な位置には連通孔が形成され、この連
通孔を覆うように対称的にシールダイアフラム６，６′
が設けられている。この分野では周知のように、連通孔
を遮断するようにしてシリコン基板１がシリコンに近い
熱膨張係数を持つ、例えばパイレックスガラスなどの固
定板を介してステンレスである筐体本体に溶着される。
室５，５′には封入液が封入され、それぞれ低圧側の静
圧Ｐ及び高圧側の静圧Ｐ＋ΔＰが印加され、シリコン基
板１に圧力を伝達する。なお、室５，５′をそれぞれ低
圧室、高圧室と呼ぶ。
の例が見られる。第１図は現在用いられている差圧伝送
器の原理構造の一例を示す縦断面図である。筐体２には
内部に部屋が形成され、出力信号を外部に取りだすため
のリード線群４を設けた耐圧気密端子が取り付けられて
いる。筐体の対称な位置には連通孔が形成され、この連
通孔を覆うように対称的にシールダイアフラム６，６′
が設けられている。この分野では周知のように、連通孔
を遮断するようにしてシリコン基板１がシリコンに近い
熱膨張係数を持つ、例えばパイレックスガラスなどの固
定板を介してステンレスである筐体本体に溶着される。
室５，５′には封入液が封入され、それぞれ低圧側の静
圧Ｐ及び高圧側の静圧Ｐ＋ΔＰが印加され、シリコン基
板１に圧力を伝達する。なお、室５，５′をそれぞれ低
圧室、高圧室と呼ぶ。
シリコン基板１の薄肉部１１上には差圧ΔＰに感応する
半導体ゲージ抵抗群１１１が、また、固定厚肉部１２に
は温度に感応する半導体ゲージ抵抗１２１がそれぞれ拡
散法で形成してある。これらのゲージ抵抗は高い静圧Ｐ
には不感応に作られており、それぞれ筐体２に設けた耐
圧気密端子３からリード線群４を介して外部回路に接続
してある。したがって、半導体ゲージ抵抗群１１１から
差圧ΔＰ、また、半導体ゲージ抵抗１２１から温度Ｔに
比例する信号を得て、外部回路からは温度補償された差
圧信号を得ることができる。
半導体ゲージ抵抗群１１１が、また、固定厚肉部１２に
は温度に感応する半導体ゲージ抵抗１２１がそれぞれ拡
散法で形成してある。これらのゲージ抵抗は高い静圧Ｐ
には不感応に作られており、それぞれ筐体２に設けた耐
圧気密端子３からリード線群４を介して外部回路に接続
してある。したがって、半導体ゲージ抵抗群１１１から
差圧ΔＰ、また、半導体ゲージ抵抗１２１から温度Ｔに
比例する信号を得て、外部回路からは温度補償された差
圧信号を得ることができる。
しかし、差圧伝送器の薄肉部１１の両側に加わる静圧Ｐ
は、通常１００気圧以上と高いため、両側の低圧室５、
高圧室５′内の封入液の収縮量の不整や筐体２の変形が
シリコン基板１を変形させるので、それにともない半導
体ゲージ抵抗群１１１の抵抗値が変化する。したがっ
て、差圧による信号に静圧影響による信号が重畳され、
正確な差圧信号が得られなくなる。すなわち、静圧影響
を受け、誤差を生ずる結果となる。この静圧誤差を防止
するためには、低圧室５、高圧室５′の封入液の液量を
厳密に一致させたり、筐体２を静圧Ｐによって変形しな
いように剛性の大きいものとしなければならず、設計、
製作上の大きな制約となり、差圧伝送器の小形化、低コ
スト化の障害となっていた。
は、通常１００気圧以上と高いため、両側の低圧室５、
高圧室５′内の封入液の収縮量の不整や筐体２の変形が
シリコン基板１を変形させるので、それにともない半導
体ゲージ抵抗群１１１の抵抗値が変化する。したがっ
て、差圧による信号に静圧影響による信号が重畳され、
正確な差圧信号が得られなくなる。すなわち、静圧影響
を受け、誤差を生ずる結果となる。この静圧誤差を防止
するためには、低圧室５、高圧室５′の封入液の液量を
厳密に一致させたり、筐体２を静圧Ｐによって変形しな
いように剛性の大きいものとしなければならず、設計、
製作上の大きな制約となり、差圧伝送器の小形化、低コ
スト化の障害となっていた。
これに対し、静圧影響を補償するため、筐体外部の大気
圧を基準圧力とする相対圧形の静圧センサを設けた例が
ある。
圧を基準圧力とする相対圧形の静圧センサを設けた例が
ある。
しかしながら、相対圧形の静圧センサでは、センサ部に
筐体外部の大気を導入するため、筐体内部のセンサ部と
外部とを接続するための導通管を設けることが必要とな
る。そのため構造が複雑となり、導通管と筐体との接続
部などに１００気圧以上の高圧が長時間加わると信頼性
が低下したり、圧力による導通管の変形がセンサ部に影
響を及ぼし測定精度が低下するなどの問題がある。
筐体外部の大気を導入するため、筐体内部のセンサ部と
外部とを接続するための導通管を設けることが必要とな
る。そのため構造が複雑となり、導通管と筐体との接続
部などに１００気圧以上の高圧が長時間加わると信頼性
が低下したり、圧力による導通管の変形がセンサ部に影
響を及ぼし測定精度が低下するなどの問題がある。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、通常１００気圧という高い静圧のかかる流体
の圧力の測定に使用される複合機能形差圧センサにおい
て、小形化をはかることができ、しかも静圧検出特性に
優れ、かつ、温度補償された高精度な差圧信号ばかりで
なく、静圧信号をも得ることのできるディジタル化され
た複合機能形センサを提供することにある。
ところは、通常１００気圧という高い静圧のかかる流体
の圧力の測定に使用される複合機能形差圧センサにおい
て、小形化をはかることができ、しかも静圧検出特性に
優れ、かつ、温度補償された高精度な差圧信号ばかりで
なく、静圧信号をも得ることのできるディジタル化され
た複合機能形センサを提供することにある。
本発明の１つの特徴は、内部に部屋が形成され、出力信
号を取り出すための気密端子が取り付けられた筐体、該
筐体の対称的な位置に設けられ、前記部屋と連通して筐
体に設けられた連通孔を覆うシールダイアフラム、該シ
ールダイアフラムと前記筐体との間及び前記筐体の内部
の前記部屋に封入された封入液、前記連通孔を遮断する
ようにして前記筐体に固着された基板及び該基板の一部
に設けたセンサ素子を有して、通常１００気圧のような
高静圧がかかる流体の圧力の測定に使用される複合機能
形差圧センサにおいて、 前記基板の断面を一体形のＥ形形状となし、その二つの
固定厚肉部と一つの薄肉部と筐体の一部により一つの測
定圧力室を形成して前記連通孔を介して前記ダイアフラ
ムによって密封し、前記二つの固定厚肉部の一つと他の
別の固定厚肉部と他の薄肉部と前記筐体の他の一部とで
基準圧力室を形成し、該基準圧力室は、その薄肉部の厚
さを前記測定圧力の前記薄肉部の厚さとほぼ同一に、し
かも該薄肉部の平面に前記高静圧が前記封入液を介して
作用するのに耐えるように前記測定圧力室に比較して小
さな密封室にして前記部屋に形成されるものであり、 前記基板の同一平面で前記基準圧力室の前記薄肉部の平
面に静圧センサ素子を、前記測定圧力室の前記薄肉部の
平面に差圧センサ素子を設け、かつ前記高静圧が前記封
入液を介して作用する、前記基板の平面であって、前記
平面と同一平面をなす面に温度センサ素子を設け、 前記同一平面に設置された前記３つのセンサ素子からの
アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器
と、該Ａ−Ｄ変換器からの出力信号を入力し、静圧と温
度の影響を取り除いた、差圧に依存した出力信号と静圧
に比例した出力信号とを演算するディジタル演算手段と
を備えた ことを特徴とする複合機能形差圧センサにある。
号を取り出すための気密端子が取り付けられた筐体、該
筐体の対称的な位置に設けられ、前記部屋と連通して筐
体に設けられた連通孔を覆うシールダイアフラム、該シ
ールダイアフラムと前記筐体との間及び前記筐体の内部
の前記部屋に封入された封入液、前記連通孔を遮断する
ようにして前記筐体に固着された基板及び該基板の一部
に設けたセンサ素子を有して、通常１００気圧のような
高静圧がかかる流体の圧力の測定に使用される複合機能
形差圧センサにおいて、 前記基板の断面を一体形のＥ形形状となし、その二つの
固定厚肉部と一つの薄肉部と筐体の一部により一つの測
定圧力室を形成して前記連通孔を介して前記ダイアフラ
ムによって密封し、前記二つの固定厚肉部の一つと他の
別の固定厚肉部と他の薄肉部と前記筐体の他の一部とで
基準圧力室を形成し、該基準圧力室は、その薄肉部の厚
さを前記測定圧力の前記薄肉部の厚さとほぼ同一に、し
かも該薄肉部の平面に前記高静圧が前記封入液を介して
作用するのに耐えるように前記測定圧力室に比較して小
さな密封室にして前記部屋に形成されるものであり、 前記基板の同一平面で前記基準圧力室の前記薄肉部の平
面に静圧センサ素子を、前記測定圧力室の前記薄肉部の
平面に差圧センサ素子を設け、かつ前記高静圧が前記封
入液を介して作用する、前記基板の平面であって、前記
平面と同一平面をなす面に温度センサ素子を設け、 前記同一平面に設置された前記３つのセンサ素子からの
アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器
と、該Ａ−Ｄ変換器からの出力信号を入力し、静圧と温
度の影響を取り除いた、差圧に依存した出力信号と静圧
に比例した出力信号とを演算するディジタル演算手段と
を備えた ことを特徴とする複合機能形差圧センサにある。
本発明の他の特徴は、三つの厚肉部と二つの薄肉部を有
する半導体基板と、該半導体基板を二つの外方厚肉部に
おいて両側から保持する固定板とによって一つの薄肉部
の両側に圧力室を形成し、該圧力室に封入液を封入し、
かつ該薄肉部には前記固定板に設けたそれぞれの導通孔
を介して高圧低圧の二つの圧力が作用するものであり、 該圧力室にはそれぞれ固定電極が設けられ、該薄肉部の
両側に作用する圧力の差を該薄肉部と前記固定電極との
間の静電容量の差によって検出する通常１００気圧のよ
うな高静圧がかかる流体の圧力の測定に使用される複合
機能形差圧センサにおいて、 前記基板の片側断面を一体形のＥ形形状となし、前記二
つの外方厚肉部の一つと中央厚肉部と前記一つの薄肉部
と前記固定板の一方とによって、圧力室を一方の測定圧
力室となし、 前記二つの外方厚肉部の他方と前記中央厚肉部と他の別
の薄肉部と前記一方の固定板とで基準圧力室を形成し、
該基準圧力室は、該薄肉部の平面に前記高静圧が前記封
入液を介して作用するのに耐えるように前記測定圧力室
に比較して小さな密封室に前記基板と一方の固定板との
間に形成されるものであり、 該基準圧力室に対向して、前記圧力室の他方と連通し、
ここに封入した封入液の作用を受ける、前記二つの外方
厚肉部の他方と前記基準圧力室を形成する前記薄肉部と
他方の固定板とで形成される導圧室を設け、 前記基準圧力室に別の固定電極を配設し、 これらの固定電極と前記基板とから取り出されるアナロ
グ信号と封入液温度に対応する温度信号とをディジタル
信号に変換するＡ−Ｄ変換器と、該Ａ−Ｄ変換器からの
出力信号を入力し、静圧と温度の影響を取り除いた、差
圧に依存した出力信号と静圧に比例した信号とを演算す
るディジタル演算手段とを備えた ことを特徴とする複合機能形差圧センサにある。
する半導体基板と、該半導体基板を二つの外方厚肉部に
おいて両側から保持する固定板とによって一つの薄肉部
の両側に圧力室を形成し、該圧力室に封入液を封入し、
かつ該薄肉部には前記固定板に設けたそれぞれの導通孔
を介して高圧低圧の二つの圧力が作用するものであり、 該圧力室にはそれぞれ固定電極が設けられ、該薄肉部の
両側に作用する圧力の差を該薄肉部と前記固定電極との
間の静電容量の差によって検出する通常１００気圧のよ
うな高静圧がかかる流体の圧力の測定に使用される複合
機能形差圧センサにおいて、 前記基板の片側断面を一体形のＥ形形状となし、前記二
つの外方厚肉部の一つと中央厚肉部と前記一つの薄肉部
と前記固定板の一方とによって、圧力室を一方の測定圧
力室となし、 前記二つの外方厚肉部の他方と前記中央厚肉部と他の別
の薄肉部と前記一方の固定板とで基準圧力室を形成し、
該基準圧力室は、該薄肉部の平面に前記高静圧が前記封
入液を介して作用するのに耐えるように前記測定圧力室
に比較して小さな密封室に前記基板と一方の固定板との
間に形成されるものであり、 該基準圧力室に対向して、前記圧力室の他方と連通し、
ここに封入した封入液の作用を受ける、前記二つの外方
厚肉部の他方と前記基準圧力室を形成する前記薄肉部と
他方の固定板とで形成される導圧室を設け、 前記基準圧力室に別の固定電極を配設し、 これらの固定電極と前記基板とから取り出されるアナロ
グ信号と封入液温度に対応する温度信号とをディジタル
信号に変換するＡ−Ｄ変換器と、該Ａ−Ｄ変換器からの
出力信号を入力し、静圧と温度の影響を取り除いた、差
圧に依存した出力信号と静圧に比例した信号とを演算す
るディジタル演算手段とを備えた ことを特徴とする複合機能形差圧センサにある。
以下本発明を第２図〜第４図に示した実施例を用いて詳
細に説明する。
細に説明する。
第２図は本発明の複合機能形差圧センサの原理構造の一
実施例を示す縦断面図で、半導体ゲージ形差圧伝送器の
場合を示してあり、第１図について説明した対応構成に
ついては詳細な説明を省略して、説明を進める。第２図
において、１０はシリコン単結晶で作ったセンサ基板
（シリコンダイアフラム）で、センサ基板１０の固定厚
肉部１２は、筐体２に図示のように気密固定してある。
３は筐体２に設けたガラス耐圧気密端子で、センサ基板
１０に設けた後述するそれぞれのゲージ抵抗からの信号
をリード線４を通して外部へ取り出すものである。筐体
２の両側には、該筐体の対称な位置で、部屋に連通する
連通孔１５，１５′を覆うシールダイアフラム６，６′
が気密に固着してあり、センサ基板１０で２分された低
圧室５、高圧室５′内にはシリコン油などの封入液１６
が封入してある。７，７′はセンサ基板１０に差圧Δ
Ｐ，静圧Ｐを加えるための筐体２を挟むフランジであ
る。
実施例を示す縦断面図で、半導体ゲージ形差圧伝送器の
場合を示してあり、第１図について説明した対応構成に
ついては詳細な説明を省略して、説明を進める。第２図
において、１０はシリコン単結晶で作ったセンサ基板
（シリコンダイアフラム）で、センサ基板１０の固定厚
肉部１２は、筐体２に図示のように気密固定してある。
３は筐体２に設けたガラス耐圧気密端子で、センサ基板
１０に設けた後述するそれぞれのゲージ抵抗からの信号
をリード線４を通して外部へ取り出すものである。筐体
２の両側には、該筐体の対称な位置で、部屋に連通する
連通孔１５，１５′を覆うシールダイアフラム６，６′
が気密に固着してあり、センサ基板１０で２分された低
圧室５、高圧室５′内にはシリコン油などの封入液１６
が封入してある。７，７′はセンサ基板１０に差圧Δ
Ｐ，静圧Ｐを加えるための筐体２を挟むフランジであ
る。
センサ基板１０の中央部は薄肉部１１としてあり、両側
の低圧室５、高圧室５′内の封入液の圧力差、すなわ
ち、差圧ΔＰに応じて変形するようにしてあり、薄肉部
１１上には、その変形を電気信号に変換する差圧検出用
半導体ゲージ抵抗群１１１を拡散により形成し、さら
に、薄膜リード端子１１１ａを蒸着してある。また、セ
ンサ基板１０の外方固定厚肉部１２の一部分を図示のよ
うに固定側から凹状に加工して薄肉部１３を形成してあ
り、薄肉部１３の上面に静圧（絶対圧）検出用半導体ゲ
ージ抵抗１３１を拡散により形成し、さらに、薄膜リー
ド端子１３１ａを蒸着してある。この場合、空間１３２
は外方固定厚肉部１２と中央厚肉部１２′と薄肉部１３
と筐体の一部とで密封され、真空または大気圧の空気が
封入されて前記低圧室に比べて小さな基準圧力室として
構成される。この中には封入液が侵入しないようにして
あるから、ゲージ抵抗１３１は、基準圧力室の基準圧力
に体する高圧室５′内の封入液の圧力（ΔＰ≪Ｐである
ため、Ｐ≒Ｐ＋ΔＰ）を測定することになる。第２図か
らわかるように、センサ基板１０の断面は全体としてＥ
形の形状をなし、薄肉部１１と薄肉部１３を同意にエッ
チングして形成するので、これらの部分の厚みはほぼ等
しい。両薄肉部の厚みを等しくすることにより、量産的
な加工が容易になり、センサを小型化でき、前述のよう
に基準圧力室１３２を小さな密封室に構成するのに役立
つ。従って、静圧検出特性に優れた静圧センサが構成さ
れる。また、センサ基板１０の外方固定厚肉部１２″の
他の一部分を図示のように外周から加工して薄肉部１４
を形成し、薄肉部１４の上面に温度検出用半導体ゲージ
抵抗１４１を拡散により形成し、更に、薄膜リード端子
１４１ａを蒸着してある。薄肉部１４としたのは、熱容
量を小さくするためと、筐体２の静圧による変形の影響
を受けないようにするためであり、しかも、空間１４２
は高圧室５′に連通させてあるから薄肉部１４が静圧
Ｐ，差圧ΔＰによる曲げ変形を生ずることがない。５′
を低圧室、５を高圧室としても同じ効果が得られる。総
称して「測定圧力室」として呼ぶ。
の低圧室５、高圧室５′内の封入液の圧力差、すなわ
ち、差圧ΔＰに応じて変形するようにしてあり、薄肉部
１１上には、その変形を電気信号に変換する差圧検出用
半導体ゲージ抵抗群１１１を拡散により形成し、さら
に、薄膜リード端子１１１ａを蒸着してある。また、セ
ンサ基板１０の外方固定厚肉部１２の一部分を図示のよ
うに固定側から凹状に加工して薄肉部１３を形成してあ
り、薄肉部１３の上面に静圧（絶対圧）検出用半導体ゲ
ージ抵抗１３１を拡散により形成し、さらに、薄膜リー
ド端子１３１ａを蒸着してある。この場合、空間１３２
は外方固定厚肉部１２と中央厚肉部１２′と薄肉部１３
と筐体の一部とで密封され、真空または大気圧の空気が
封入されて前記低圧室に比べて小さな基準圧力室として
構成される。この中には封入液が侵入しないようにして
あるから、ゲージ抵抗１３１は、基準圧力室の基準圧力
に体する高圧室５′内の封入液の圧力（ΔＰ≪Ｐである
ため、Ｐ≒Ｐ＋ΔＰ）を測定することになる。第２図か
らわかるように、センサ基板１０の断面は全体としてＥ
形の形状をなし、薄肉部１１と薄肉部１３を同意にエッ
チングして形成するので、これらの部分の厚みはほぼ等
しい。両薄肉部の厚みを等しくすることにより、量産的
な加工が容易になり、センサを小型化でき、前述のよう
に基準圧力室１３２を小さな密封室に構成するのに役立
つ。従って、静圧検出特性に優れた静圧センサが構成さ
れる。また、センサ基板１０の外方固定厚肉部１２″の
他の一部分を図示のように外周から加工して薄肉部１４
を形成し、薄肉部１４の上面に温度検出用半導体ゲージ
抵抗１４１を拡散により形成し、更に、薄膜リード端子
１４１ａを蒸着してある。薄肉部１４としたのは、熱容
量を小さくするためと、筐体２の静圧による変形の影響
を受けないようにするためであり、しかも、空間１４２
は高圧室５′に連通させてあるから薄肉部１４が静圧
Ｐ，差圧ΔＰによる曲げ変形を生ずることがない。５′
を低圧室、５を高圧室としても同じ効果が得られる。総
称して「測定圧力室」として呼ぶ。
なお、（１００）面のシリコン単結晶板にｐ形の不純物
であるボロンを拡散してゲージ抵抗を形成する場合に
は、ピエゾ抵抗係数がほぼ零となる〈１００〉軸に沿っ
てゲージ抵抗を配列するようにすれば、わずかな変形が
伝達されたときに、それらは電気信号としてあらわれな
いようになるので、温度検出用半導体ゲージ抵抗１４１
は、このようにして形成してある。
であるボロンを拡散してゲージ抵抗を形成する場合に
は、ピエゾ抵抗係数がほぼ零となる〈１００〉軸に沿っ
てゲージ抵抗を配列するようにすれば、わずかな変形が
伝達されたときに、それらは電気信号としてあらわれな
いようになるので、温度検出用半導体ゲージ抵抗１４１
は、このようにして形成してある。
センサ基板１０は、従来同様、シリコンに近い熱膨張係
数を持つパイレックスガラスなどの固定板を介して筐体
本体に溶着される。
数を持つパイレックスガラスなどの固定板を介して筐体
本体に溶着される。
第３図は本発明の複合機能形差圧センサの検出信号処理
フローの一実施例を示す構成図である。センサ基板１０
の薄肉部１１の両側にそれぞれ圧力Ｐ，Ｐ＋ΔＰが加わ
ると、差圧検出用半導体ゲージ抵抗群１１１は差圧ΔＰ
を検出し、その信号はリード端子１１１ａ、リード線４
ａを経てＡ−Ｄ変換器２０に入力される。一方、薄肉部
１３の静圧検出用半導体ゲージ抵抗１３１は静圧Ｐを検
出し、また、薄肉部１４の温度検出用半導体ゲージ抵抗
１４１は温度Ｔを検出し、それぞれの信号は、リード端
子１３１ａ，リード線４ａおよびリード端子１４１ａ，
リード線４ｃを経てそれぞれＡ−Ｄ変換器２０に入力さ
れる。Ａ−Ｄ変換器は、これらの信号をＡ−Ｄ変換して
ＣＰＵ３０に与える。ＣＰＵ３０で所要の演算を行い、
静圧Ｐの影響を除去し、かつ、温度Ｔによる影響を補正
した差圧ΔＰに正確に比例した差圧信号を作る。４０は
ＣＰＵ３０での演算に必要なデータや演算プログラムを
記憶させてあるメモリである。上記差圧信号は表示装置
５０に表示され、また、Ｄ−Ａ変換器６０でＤ−Ａ変換
される。それらの信号は、切替装置７０を設けることに
より、差圧ΔＰのみに正確に比例した差圧信号として表
示７１されるほか、静圧Ｐや温度Ｔに比例した信号とし
て表示７２、７３、又は伝送される。
フローの一実施例を示す構成図である。センサ基板１０
の薄肉部１１の両側にそれぞれ圧力Ｐ，Ｐ＋ΔＰが加わ
ると、差圧検出用半導体ゲージ抵抗群１１１は差圧ΔＰ
を検出し、その信号はリード端子１１１ａ、リード線４
ａを経てＡ−Ｄ変換器２０に入力される。一方、薄肉部
１３の静圧検出用半導体ゲージ抵抗１３１は静圧Ｐを検
出し、また、薄肉部１４の温度検出用半導体ゲージ抵抗
１４１は温度Ｔを検出し、それぞれの信号は、リード端
子１３１ａ，リード線４ａおよびリード端子１４１ａ，
リード線４ｃを経てそれぞれＡ−Ｄ変換器２０に入力さ
れる。Ａ−Ｄ変換器は、これらの信号をＡ−Ｄ変換して
ＣＰＵ３０に与える。ＣＰＵ３０で所要の演算を行い、
静圧Ｐの影響を除去し、かつ、温度Ｔによる影響を補正
した差圧ΔＰに正確に比例した差圧信号を作る。４０は
ＣＰＵ３０での演算に必要なデータや演算プログラムを
記憶させてあるメモリである。上記差圧信号は表示装置
５０に表示され、また、Ｄ−Ａ変換器６０でＤ−Ａ変換
される。それらの信号は、切替装置７０を設けることに
より、差圧ΔＰのみに正確に比例した差圧信号として表
示７１されるほか、静圧Ｐや温度Ｔに比例した信号とし
て表示７２、７３、又は伝送される。
上記した本発明の実施例は、次のような効果を有する。
（１）固定厚肉部１２と他の固定厚肉部１２′と薄肉部
１３と筐体２の一部とで基準圧力室１３２を形成し、該
基準圧力室は、その薄肉部１３の厚さを測定圧力室、例
えば低圧室５の薄肉部１１の厚さとほぼ同一に、しかも
該薄肉部の平面に通常１００気圧というような高静圧が
封入液１６を介して作用するのに耐えるように前記測定
圧力室に比較して小さな密封室に形成するものであるか
ら、相対圧形の静圧センサのようにセンサ部と筐体外部
とをつなぐ導通管などを設ける必要がなく、構造が簡単
で、前述した高静圧にも耐えて信頼性が高く、静圧検出
特性に優れた静圧センサを構成できる。
１３と筐体２の一部とで基準圧力室１３２を形成し、該
基準圧力室は、その薄肉部１３の厚さを測定圧力室、例
えば低圧室５の薄肉部１１の厚さとほぼ同一に、しかも
該薄肉部の平面に通常１００気圧というような高静圧が
封入液１６を介して作用するのに耐えるように前記測定
圧力室に比較して小さな密封室に形成するものであるか
ら、相対圧形の静圧センサのようにセンサ部と筐体外部
とをつなぐ導通管などを設ける必要がなく、構造が簡単
で、前述した高静圧にも耐えて信頼性が高く、静圧検出
特性に優れた静圧センサを構成できる。
（２）上記のように静圧検出特性に優れた静圧センサを
用いるため、１００気圧以上という高圧においても筐体
２の静圧Ｐによる変形などに起因する静圧影響が補正さ
れた差圧ΔＰに比例した出力を得ることができる。
用いるため、１００気圧以上という高圧においても筐体
２の静圧Ｐによる変形などに起因する静圧影響が補正さ
れた差圧ΔＰに比例した出力を得ることができる。
（３）周囲温度Ｔが変化すると、差圧ΔＰや静圧Ｐを検
出するゲージ抵抗１１１や１３１の特性が変化するが、
温度検出用半導体ゲージ抵抗１４１の出力を用いて温度
補償できるので、温度影響のない差圧ΔＰに正確に比例
した出力のほか、静圧Ｐに正確に比例した出力をも得る
ことができる。
出するゲージ抵抗１１１や１３１の特性が変化するが、
温度検出用半導体ゲージ抵抗１４１の出力を用いて温度
補償できるので、温度影響のない差圧ΔＰに正確に比例
した出力のほか、静圧Ｐに正確に比例した出力をも得る
ことができる。
（４）各半導体ゲージ抵抗１１１、１３１、１４１は同
一半導体プロセスによって形成でき、また、センサ基板
１０の薄肉加工は、半導体微細加工技術を用いれば一度
に容易に行うことができ、かつ、センサの小形化が可能
であり、基準圧力室１３２を低圧室５に比べて小さな密
封室に構成するのに有効である。
一半導体プロセスによって形成でき、また、センサ基板
１０の薄肉加工は、半導体微細加工技術を用いれば一度
に容易に行うことができ、かつ、センサの小形化が可能
であり、基準圧力室１３２を低圧室５に比べて小さな密
封室に構成するのに有効である。
第４図は本発明の他の実施例を示し、第２図に示す実施
例に対応した要部を断面図として示す。第２図において
は、差圧ΔＰ、静圧Ｐ、温度Ｔを検出するのに半導体ゲ
ージ抵抗を用いるようにしてあるが、第４図において
は、これらを静電容量センサに代えてある。第４図にお
いて、１００はシリコン単結晶などの弾性体よりなり、
外方厚肉部１１２、１１２″、中央厚肉部１１２′と薄
肉部１００１、１００２とを形成したセンサ基板、１０
１、１０２は筐体の一部をなし、センサ基板１００を挾
持するシリコンの熱膨張係数に近い熱膨張係数のパイレ
ックスガラスよりなる固定板であり、固定板１０１、１
０２には、それぞれセンサ基板１００の差圧検出用薄肉
部１００１の両側に対向する位置に薄膜蒸着の固定電極
１０１１、１０２１とこれらからのリード線１０１２、
１０２２とが埋め込んである。薄肉部１００１と固定電
極１０１１および１０２１との間に形成した圧力室１０
１５、１０２５には封入液１０１６を封入し、固定板１
０１、１０２にそれぞれ設けた導圧口１０１３、１０２
３より導通孔１０１４、１０１４′を通じて圧力Ｐ，Ｐ
＋ΔＰを導いてある。なお、圧力室１０１５と１０２５
の断面形状は薄肉部１００１に関して対称であるため、
どちらが、高圧室あるは低圧室でもよく、両者を総称し
て「測定圧力室」と呼ぶ。また、センサ基板１００の右
側には静圧（絶対圧）検出用薄肉部１００２が形成てあ
り、第４図からわかるようにセンサ基板１００の断面の
下側はＥ形形状をなしている。薄肉部１００２の片側に
設けた導圧室１０３はその左側で圧力室１０１５と連通
しているため、薄肉部１００２には導圧口１０１３より
導入された圧力が封入液１０１６を介してかかる。他方
の片側は２つの厚肉部１１２、１１２′と静圧検出用の
薄肉部１００２と固定板１０２で囲まれた基準圧力室１
０４とし、ここを真空（または大気圧）の密封室として
ある。第２図に示す第１の実施例と同様に基準圧力室１
０４は圧力室１０２５に比べて小さく形成されている。
基準圧力室１０４の中には固定板１０２の薄肉部１００
２に対向する部分に薄膜蒸着の固定電極１０２４とこれ
からのリード線１０３２とが埋め込んである。１００３
はセンサ基板１００に接続したリード線である。したが
って、リード線１００３と１０１２および１０２２との
間では差圧ΔＰに応動して静電容量変化が起こり、リー
ド線１００３と１０３２との間では静圧Ｐに応動して静
電容量変化が起こる。また、電極１０１１および１０２
１と薄肉部１００１との間に封入された封入液１０１６
の誘電率が温度によって変化するので、これを利用して
封入液温度に対応する温度信号を得ることができる。
例に対応した要部を断面図として示す。第２図において
は、差圧ΔＰ、静圧Ｐ、温度Ｔを検出するのに半導体ゲ
ージ抵抗を用いるようにしてあるが、第４図において
は、これらを静電容量センサに代えてある。第４図にお
いて、１００はシリコン単結晶などの弾性体よりなり、
外方厚肉部１１２、１１２″、中央厚肉部１１２′と薄
肉部１００１、１００２とを形成したセンサ基板、１０
１、１０２は筐体の一部をなし、センサ基板１００を挾
持するシリコンの熱膨張係数に近い熱膨張係数のパイレ
ックスガラスよりなる固定板であり、固定板１０１、１
０２には、それぞれセンサ基板１００の差圧検出用薄肉
部１００１の両側に対向する位置に薄膜蒸着の固定電極
１０１１、１０２１とこれらからのリード線１０１２、
１０２２とが埋め込んである。薄肉部１００１と固定電
極１０１１および１０２１との間に形成した圧力室１０
１５、１０２５には封入液１０１６を封入し、固定板１
０１、１０２にそれぞれ設けた導圧口１０１３、１０２
３より導通孔１０１４、１０１４′を通じて圧力Ｐ，Ｐ
＋ΔＰを導いてある。なお、圧力室１０１５と１０２５
の断面形状は薄肉部１００１に関して対称であるため、
どちらが、高圧室あるは低圧室でもよく、両者を総称し
て「測定圧力室」と呼ぶ。また、センサ基板１００の右
側には静圧（絶対圧）検出用薄肉部１００２が形成てあ
り、第４図からわかるようにセンサ基板１００の断面の
下側はＥ形形状をなしている。薄肉部１００２の片側に
設けた導圧室１０３はその左側で圧力室１０１５と連通
しているため、薄肉部１００２には導圧口１０１３より
導入された圧力が封入液１０１６を介してかかる。他方
の片側は２つの厚肉部１１２、１１２′と静圧検出用の
薄肉部１００２と固定板１０２で囲まれた基準圧力室１
０４とし、ここを真空（または大気圧）の密封室として
ある。第２図に示す第１の実施例と同様に基準圧力室１
０４は圧力室１０２５に比べて小さく形成されている。
基準圧力室１０４の中には固定板１０２の薄肉部１００
２に対向する部分に薄膜蒸着の固定電極１０２４とこれ
からのリード線１０３２とが埋め込んである。１００３
はセンサ基板１００に接続したリード線である。したが
って、リード線１００３と１０１２および１０２２との
間では差圧ΔＰに応動して静電容量変化が起こり、リー
ド線１００３と１０３２との間では静圧Ｐに応動して静
電容量変化が起こる。また、電極１０１１および１０２
１と薄肉部１００１との間に封入された封入液１０１６
の誘電率が温度によって変化するので、これを利用して
封入液温度に対応する温度信号を得ることができる。
本実施例によれば、静圧センサを静電容量方式の絶対圧
形としたため、第２図の半導体ゲージ抵抗を用いた圧力
検出方式の場合と同様、センサ部と筐体外部とをつなぐ
導通管などを設ける必要がなく、構造が簡単で、１００
気圧以上という高圧においても信頼性および静圧検出特
性に優れた静圧センサを構成できる効果がある。また、
第２図の場合と同様、センサ基板１００の薄肉加工は、
半導体微細加工技術を用いれば容易に行うことができ、
かつ、差圧検出装置の小形化が可能であり、基準圧力室
１０４を圧力室１０２５に比べて小さな密封室に構成す
るのに有効である。
形としたため、第２図の半導体ゲージ抵抗を用いた圧力
検出方式の場合と同様、センサ部と筐体外部とをつなぐ
導通管などを設ける必要がなく、構造が簡単で、１００
気圧以上という高圧においても信頼性および静圧検出特
性に優れた静圧センサを構成できる効果がある。また、
第２図の場合と同様、センサ基板１００の薄肉加工は、
半導体微細加工技術を用いれば容易に行うことができ、
かつ、差圧検出装置の小形化が可能であり、基準圧力室
１０４を圧力室１０２５に比べて小さな密封室に構成す
るのに有効である。
以上説明したように、本発明によれば、構造が簡単で、
基準圧力室を測定圧力室に比較して小さな、かつ密封室
にしたことによって信頼性及び静圧検出特性に優れた静
圧センサを用いて、差圧センサの静圧影響を補償でき、
１００気圧以上という高圧においても静圧影響がなく、
かつ、温度補償された高精度な差圧信号及び静圧信号を
も得ることのできるディジタル化された複合機能形セン
サを提供することができる。
基準圧力室を測定圧力室に比較して小さな、かつ密封室
にしたことによって信頼性及び静圧検出特性に優れた静
圧センサを用いて、差圧センサの静圧影響を補償でき、
１００気圧以上という高圧においても静圧影響がなく、
かつ、温度補償された高精度な差圧信号及び静圧信号を
も得ることのできるディジタル化された複合機能形セン
サを提供することができる。
第１図は従来の差圧伝送器の原理構造の一例を示す縦断
面図、第２図は、本発明の複合機能形差圧センサの原理
構造の一実施例を示す縦断面図、第３図は本発明の複合
機能形差圧センサの検出信号処理フローの一実施例を示
す構成図、第４図は本発明の他の実施例を示し、第２図
に示す実施例の要部断面図である。 ２……筐体、５……低圧室、５′……高圧室、６，６′
……シールダイアフラム、７，７′……フランジ、１０
……センサ基板、１１，１３，１４……薄肉部、１２…
…固定厚肉部、１１１……差圧検出用半導体ゲージ抵抗
群、１３１……静圧検出用半導体ゲージ、１４１……温
度検出用半導体ゲージ抵抗、２０……Ａ−Ｄ変換器、３
０……ＣＰＵ、７０……切換装置、７１……差圧ΔＰに
比例した差圧信号表示、７２……静圧Ｐに比例した信号
表示、７３……温度Ｔに比例した信号表示。
面図、第２図は、本発明の複合機能形差圧センサの原理
構造の一実施例を示す縦断面図、第３図は本発明の複合
機能形差圧センサの検出信号処理フローの一実施例を示
す構成図、第４図は本発明の他の実施例を示し、第２図
に示す実施例の要部断面図である。 ２……筐体、５……低圧室、５′……高圧室、６，６′
……シールダイアフラム、７，７′……フランジ、１０
……センサ基板、１１，１３，１４……薄肉部、１２…
…固定厚肉部、１１１……差圧検出用半導体ゲージ抵抗
群、１３１……静圧検出用半導体ゲージ、１４１……温
度検出用半導体ゲージ抵抗、２０……Ａ−Ｄ変換器、３
０……ＣＰＵ、７０……切換装置、７１……差圧ΔＰに
比例した差圧信号表示、７２……静圧Ｐに比例した信号
表示、７３……温度Ｔに比例した信号表示。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 寛治 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 幸夫 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所那珂工場内 (56)参考文献 特開 昭56−137238（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−40735（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−91431（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−58279（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】内部に部屋が形成され、出力信号を取り出
すための気密端子が取り付けられた筐体、該筐体の対称
的な位置に設けられ、前記部屋と連通して筐体に設けら
れた連通孔を覆うシールダイアフラム、該シールダイア
フラムと前記筐体との間及び前記筐体の内部の前記部屋
に封入された封入液、前記連通孔を遮断するようにして
前記筐体に固着された基板及び該基板の一部に設けたセ
ンサ素子を有して、通常１００気圧のような高静圧がか
かる流体の圧力の測定に使用される複合機能形差圧セン
サにおいて、 前記基板の断面を一体形のＥ形形状となし、その二つの
固定厚肉部と一つの薄肉部と筐体の一部により一つの測
定圧力室を形成して前記連通孔を介して前記ダイアフラ
ムによって密封し、前記二つの固定厚肉部の一つと他の
別の固定厚肉部と他の薄肉部と前記筐体の他の一部とで
基準圧力室を形成し、該基準圧力室は、その薄肉部の厚
さを前記測定圧力の前記薄肉部の厚さとほぼ同一に、し
かも該薄肉部の平面に前記高静圧が前記封入液を介して
作用するのに耐えるように前記測定圧力室に比較して小
さな密封室にして前記部屋に形成されるものであり、 前記基板の同一平面で前記基準圧力室の前記薄肉部の平
面に静圧センサ素子を、前記測定圧力室の前記薄肉部の
平面に差圧センサ素子を設け、かつ前記高静圧が前記封
入液を介して作用する、前記基板の平面であって、前記
平面と同一平面をなす面に温度センサ素子を設け、 前記同一平面に設置された前記３つのセンサ素子からの
アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器
と、該Ａ−Ｄ変換器からの出力信号を入力し、静圧と温
度の影響を取り除いた、差圧に依存した出力信号と静圧
に比例した出力信号とを演算するディジタル演算手段と
を備えた ことを特徴とする複合機能形差圧センサ。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載した複合機能
形差圧センサにおいて、 前記ディジタル演算手段は、温度に比例した出力信号を
も演算する ことを特徴とする複合機能形差圧センサ。 - 【請求項３】三つの厚肉部と二つの薄肉部を有する半導
体基板と、該半導体基板を二つの外方厚肉部において両
側から保持する固定板とによって一つの薄肉部の両側に
圧力室を形成し、該圧力室に封入液を封入し、かつ該薄
肉部には前記固定板に設けたそれぞれの導通孔を介して
高圧低圧の二つの圧力が作用するものであり、 該圧力室にはそれぞれ固定電極が設けられ、該薄肉部の
両側に作用する圧力の差を該薄肉部と前記固定電極との
間の静電容量の差によって検出する通常１００気圧のよ
うな高静圧がかかる流体の圧力の測定に使用される複合
機能形差圧センサにおいて、 前記基板の片側断面を一体形のＥ形形状となし、前記二
つの外方厚肉部の一つと中央厚肉部と前記一つの薄肉部
と前記固定板の一方とによって、圧力室を一方の測定圧
力室となし、 前記二つの外方厚肉部の他方と前記中央厚肉部と他の別
の薄肉部と前記一方の固定板とで基準圧力室を形成し、
該基準圧力室は、該薄肉部の平面に前記高静圧が前記封
入液を介して作用するのに耐えるように前記測定圧力室
に比較して小さな密封室に前記基板と一方の固定板との
間に形成されるものであり、 該基準圧力室に対向して、前記圧力室の他方と連通し、
ここに封入した封入液の作用を受ける、前記二つの外方
厚肉部の他方と前記基準圧力室を形成する前記薄肉部と
他方の固定板とで形成される導圧室を設け、 前記基準圧力室に別の固定電極を配設し、 これらの固定電極と前記基板とから取り出されるアナロ
グ信号と封入液温度に対応する温度信号とをディジタル
信号に変換するＡ−Ｄ変換器と、該Ａ−Ｄ変換器からの
出力信号を入力し、静圧と温度の影響を取り除いた、差
圧に依存した出力信号と静圧に比例した信号とを演算す
るディジタル演算手段とを備えた ことを特徴とする複合機能形差圧センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58169198A JPH0629821B2 (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 複合機能形差圧センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58169198A JPH0629821B2 (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 複合機能形差圧センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6061637A JPS6061637A (ja) | 1985-04-09 |
| JPH0629821B2 true JPH0629821B2 (ja) | 1994-04-20 |
Family
ID=15882024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58169198A Expired - Lifetime JPH0629821B2 (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 複合機能形差圧センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0629821B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008542717A (ja) * | 2005-05-26 | 2008-11-27 | ローズマウント インコーポレイテッド | 圧縮可能なセンサ本体を用いる圧力センサ |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01141328A (ja) * | 1987-11-27 | 1989-06-02 | Hitachi Ltd | 差圧伝送器 |
| EP0331772A1 (de) * | 1988-03-08 | 1989-09-13 | Dräger Nederland B.V. | Differenzdruckmesser für bidirektionale Gasströme |
| JPH027539U (ja) * | 1988-06-29 | 1990-01-18 | ||
| JPH0288921A (ja) * | 1988-09-27 | 1990-03-29 | Yamatake Honeywell Co Ltd | 圧力補正形差圧発信器 |
| JP2689744B2 (ja) * | 1990-03-19 | 1997-12-10 | 株式会社日立製作所 | 複合センサとそれを用いた複合伝送器とプラントシステム |
| KR100411476B1 (ko) * | 2001-09-24 | 2003-12-18 | 주식회사코닉스 | 정전 용량식 진공센서의 제조방법 및 그 진공 센서를이용한 진공 검출장치 |
| JP2003315193A (ja) * | 2002-04-24 | 2003-11-06 | Denso Corp | 圧力センサ |
| US7047811B2 (en) * | 2003-02-18 | 2006-05-23 | Ashcroft Inc. | Pressure measurement |
| JP2005291946A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Masaki Esashi | 光ファイバセンサ |
| US7267011B2 (en) * | 2005-10-03 | 2007-09-11 | Delphi Technologies, Inc. | Device for invasively measuring fluid pressure |
| JP5965165B2 (ja) * | 2012-03-14 | 2016-08-03 | アズビル株式会社 | 差圧発信器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5640735A (en) * | 1979-09-10 | 1981-04-17 | Toshiba Corp | Transmitter for differential pressure |
| JPS56137238A (en) * | 1980-03-31 | 1981-10-27 | Toshiba Corp | Differential pressure transmitter |
-
1983
- 1983-09-16 JP JP58169198A patent/JPH0629821B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008542717A (ja) * | 2005-05-26 | 2008-11-27 | ローズマウント インコーポレイテッド | 圧縮可能なセンサ本体を用いる圧力センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6061637A (ja) | 1985-04-09 |
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