JPH0832089A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents

静電容量型圧力センサ

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JPH0832089A
JPH0832089A JP16918294A JP16918294A JPH0832089A JP H0832089 A JPH0832089 A JP H0832089A JP 16918294 A JP16918294 A JP 16918294A JP 16918294 A JP16918294 A JP 16918294A JP H0832089 A JPH0832089 A JP H0832089A
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JP
Japan
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electrode
capacitor
pressure
operational amplifier
inverting input
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Withdrawn
Application number
JP16918294A
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English (en)
Inventor
Kiyoshi Miura
清 三浦
Kikuo Tsuruga
紀久夫 敦賀
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンデンサの温度特性のばらつきに基づく出
力特性のばらつきを補償できる静電容量型圧力センサを
提供する。 【構成】 感圧、基準、蓄積各コンデンサ41,42,
43は、一体のセンサチップとして構成され、その特性
が温度変化に依存しないように実質的に同じ熱膨張係数
のシリコン基板21とガラス基板22とを有する。シリ
コン基板21には、圧力により変形するがダイヤフラム
23と、ガラス基板22との間に形成するキャビティ部
24と、共通電極20が形成される。ガラス基板22に
は、3つの電極25,26,27と貫通孔28が形成さ
れる。圧力導入穴34から圧力がかかると、ダイヤフラ
ム23が変形し、電極25との間隔が狭くなり、感圧コ
ンデンサ41の静電容量が増大するが、共通電極と電極
26,27との間隔は変らず、基準コンデンサ42と蓄
積コンデンサ43の各静電容量は一定である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、静電容量型圧力センサ
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の静電容量型圧力センサは、図3に
示すセンサ検出回路の感圧コンデンサとして、圧力に応
じて静電容量が変化する感圧コンデンサ41、また、基
準コンデンサとして、所定の静電容量を有する基準コン
デンサ42を設けたものである。詳述すると、従来の静
電容量型圧力センサは、非反転入力端子に、基準電位が
接続されたオペアンプ11と、パルス発生回路13とオ
ペアンプ11の反転入力端子との間に接続され外部から
加えられた圧力に応じて、静電容量が変化する感圧コン
デンサ41と、パルス発生回路13からの信号を反転す
る反転回路14とオペアンプ11の反転入力端子との間
に接続された所定の静電容量を有する基準コンデンサ4
2と、オペアンプ11の反転入力端子と出力端子間に接
続されパルス発生回路13の信号によりオン・オフする
スイッチ15と、オペアンプ11の反転入力端子と出力
端子間に接続された所定の静電容量を有するコンデンサ
16を接続したものである。
【0003】なお、感圧コンデンサ41としては、図4
に示すように、ガラス基板22上に形成された電極25
と、シリコン基板21とを所定の間隔を設けて対向配置
した感圧コンデンサが使用される。また、基準コンデン
サ42もガラス基板22上に形成された電極26と、シ
リコン基板21とを所定の間隔を設けて対向配置した基
準コンデンサが使用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の静電容量型圧力
センサでは、センサ内部のコンデンサ(感圧コンデン
サ、基準コンデンサ)と、センサ検出回路の外付コンデ
ンサであるコンデンサ16の温度特性が異なるため、出
力特性にばらつきが生じるという欠点ある。
【0005】本発明は、コンデンサの温度特性のばらつ
きに基づく出力特性のばらつきを補償できる静電容量型
圧力センサを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、非反転入力端子に、基準電位が接続される
第1のオペアンプと、パルス発生回路と前記第1のオペ
アンプの反転入力端子との間に接続され外部から加えら
れた圧力に応じて、静電容量が変化する感圧コンデンサ
と、パルス発生回路からの信号を反転する反転回路と前
記第1のオペアンプの反転入力端子との間に接続された
所定の静電容量を有する基準コンデンサと、前記第1の
オペアンプの反転入力端子と出力端子間に接続されパル
ス発生回路の信号によりオン・オフするスイッチと、前
記第1のオペアンプの反転入力端子と出力端子間に接続
された所定の静電容量を有する蓄積コンデンサとを有す
る静電容量型圧力センサにおいて、圧力に応じて変形す
るダイヤフラム部が形成されると共に、該ダイヤフラム
部を含む一面に第1の電極を形成したシリコン基板と、
電気的に互いに独立した第2、第3及び第4の各電極を
一面に形成したガラス基板とを有し、前記第1の電極と
前記第2、第3及び第4の各電極とが互いに所定の距離
をおいて対向配置され、かつ、前記第2の電極が前記ダ
イヤフラム部に対向配置されるように、前記シリコン基
板と前記ガラス基板とを互いに固定したコンデンサを備
え、前記第1の電極と前記第2の電極とを前記感圧コン
デンサとして、前記第1の電極と前記第3の電極とを前
記基準コンデンサとして、また、前記第1の電極と前記
第4の電極とを前記蓄積コンデンサとして、一つのチッ
プ基板上に構成した静電容量型圧力センサを、手段とし
て採用する。
【0007】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。
【0008】非反転入力端子に、基準電位が接続される
オペアンプ11と、パルス発生回路13とオペアンプ1
1の反転入力端子との間に接続され外部から加えられた
圧力に応じて、静電容量が変化する感圧コンデンサ41
と、パルス発生回路13からの信号を反転する反転回路
14とオペアンプ11の反転入力端子との間に接続され
た所定の静電容量を有する基準コンデンサ42と、オペ
アンプ11の反転入力端子と出力端子間に接続されパル
ス発生回路13の信号によりオン・オフするスイッチ1
5と、オペアンプ11の反転入力端子と出力端子間に接
続された所定の静電容量を有する蓄積コンデンサ43と
を有する。
【0009】感圧コンデンサ41の静電容量CS は、圧
力を加えることにより値が変化する。一方基準コンデン
サ42の静電容量CR は、圧力によって値が変化しな
い。このCS とCR は、それぞれパルス発生回路13か
らのパルス信号VP と、この逆位相の反転回路14から
のパルス信号により駆動される。センサ検出回路の出力
パルスV0 は、次式によって表される。
【0010】V0 =VP (CS −CR )/CC ここで、CC はオペアンプ11に並置された蓄積コンデ
ンサ43の静電容量である。出力電圧V0 は、感圧コン
デンサ41と基準コンデンサ42の静電容量の変化(C
S −CR )に比例するため印加圧力の逆数に比例する。
【0011】次に、本実施例の静電容量型圧電センサで
使用される感圧コンデンサ41、基準コンデンサ42及
び蓄積コンデンサ43について、図2を参照して説明す
る。感圧コンデンサ41、基準コンデンサ42と蓄積コ
ンデンサ43は、図2に示すように一体のセンサチップ
として構成されている。このセンサチップは、その特性
が温度変化に依存しないように、実質的に同じ熱膨張係
数のシリコン基板21とガラス基板22とを有してい
る。シリコン基板21には、圧力により変形するダイヤ
フラム23と、ガラス基板22との間に空隙を形成する
キャビティ部24とが設けられるとともに、ボロン等の
不純物を拡散させて共通電極20が形成されている。ま
た、ガラス基板22上には、3つの電極25,26及び
27と貫通孔28が形成されている。
【0012】シリコン基板21とガラス基板22とは、
共通電極20と電極25,26及び27とが互いに対向
するように接着されるとともに、キャビティ部24の周
囲に封止剤30を塗布して互いに固定されている。ま
た、ガラス基板22は、リード端子32が配設され貫通
孔29が設けられた台座33に固定され、台座33に
は、圧力導入穴34が形成されたキャップ部35が固定
されている。なお、共通電極20、電極25、電極26
及び電極27にそれぞれ接続されたリード線31は、各
々リード端子32に接続される。
【0013】圧力導入穴34から気体、液体等の圧力伝
達物質により圧力が加えられると、ダイヤフラム23が
変形する。即ち、ダイヤフラム23部分の共通電極20
と電極25との間隔が狭くなり、ダイヤフラム23部分
の共通電極20と電極25とで構成されるコンデンサの
静電容量が大きくなる。一方、共通電極20と電極2
6,27との間隔は、圧力のいかんにかかわらず一定で
ある。即ち、共通電極20と電極26,27とで構成さ
れるコンデンサは、圧力のいかにかかわらず静電容量は
一定である。従って、ダイヤフラム23部分の共通電極
20と電極25とで構成されるコンデンサは、図1の感
圧コンデンサ41として利用でき、共通電極20と電極
26,27とで構成されるコンデンサは、基準コンデン
サ42、蓄積コンデンサ43として利用できる。
【0014】前記の式よりセンサ検出回路の出力は、C
S 、CR 、CC によって決定されるが、従来CC は外部
コンデンサを使用しており、CC の温度係数がばらつく
と、センサ検出回路の出力パルスV0 の温度特性もばら
つくという問題があったが、本発明のように三つのコン
デンサを一体化して用いることにより、CC の温度係数
がCS 、CR の温度係数と一致し、温度特性の優れた圧
力センサを提供することができる。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、感圧コンデンサ、基準
コンデンサ、蓄積コンデンサを一つのチップ基板上に構
成したことで、コンデンサの温度特性のばらつきに基づ
く出力特性のばらつきを補償できる静電容量型圧力セン
サを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図である。
【図2】図1の静電容量型圧力センサに使用されるセン
サチップの断面図である。
【図3】従来の静電容量型圧力センサの回路図である。
【図4】図3の静電容量型圧力センサに使用されるセン
サチップの断面図である。
【符号の説明】
11 オペアンプ 12 外部出力端子 13 パルス発生回路 14 反転回路 15 スイッチ 16 コンデンサ 20 共通電極 21 シリコン基板 22 ガラス基板 23 ダイヤフラム 24 キャビティ部 25,26,27 電極 28,29 貫通孔 30 封止剤 31 リード線 32 リード端子 33 台座 34 圧力導入穴 35 キャップ部 41 感圧コンデンサ 42 基準コンデンサ 43 蓄積コンデンサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非反転入力端子に、基準電位が接続され
    る第1のオペアンプと、パルス発生回路と前記第1のオ
    ペアンプの反転入力端子との間に接続され外部から加え
    られた圧力に応じて、静電容量が変化する感圧コンデン
    サと、パルス発生回路からの信号を反転する反転回路と
    前記第1のオペアンプの反転入力端子との間に接続され
    た所定の静電容量を有する基準コンデンサと、前記第1
    のオペアンプの反転入力端子と出力端子間に接続されパ
    ルス発生回路の信号によりオン・オフするスイッチと、
    前記第1のオペアンプの反転入力端子と出力端子間に接
    続された所定の静電容量を有する蓄積コンデンサとを有
    する静電容量型圧力センサにおいて、前記感圧コンデン
    サ、基準コンデンサ、蓄積コンデンサを一つのチップ基
    板上に構成したことを特徴とする静電容量型圧力セン
    サ。
  2. 【請求項2】 圧力に応じて変形するダイヤフラム部が
    形成されると共に、該ダイヤフラム部を含む一面に第1
    の電極を形成したシリコン基板と、電気的に互いに独立
    した第2、第3及び第4の各電極を一面に形成したガラ
    ス基板とを有し、前記第1の電極と前記第2、第3及び
    第4の各電極とが互いに所定の距離をおいて対向配置さ
    れ、かつ、前記第2の電極が前記ダイヤフラム部に対向
    配置されるように、前記シリコン基板と前記ガラス基板
    とを互いに固定したコンデンサを備え、前記第1の電極
    と前記第2の電極とを前記感圧コンデンサとして使用す
    ると共に、前記第1の電極と前記第3の電極とを前記基
    準コンデンサとして、また、前記第1の電極と前記第4
    の電極とを前記蓄積コンデンサとして、使用することを
    特徴とする請求項1記載の静電容量型圧力センサ。
JP16918294A 1994-07-21 1994-07-21 静電容量型圧力センサ Withdrawn JPH0832089A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110002444A (ko) * 2009-07-01 2011-01-07 브룩스 인스트러먼트, 엘엘씨, 검출 수단으로서 정전기적 간섭을 이용한 모놀리식 진공 압력계
US20160084723A1 (en) * 2013-02-27 2016-03-24 Endress+ Hauser Gmbh + Co. Kg Pressure Sensor

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Effective date: 20011002