JPH10206202A - Composite sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】管路等を流れる液体や気体等
の流体について、その流量と圧力とを同時に測定するた
めの複合センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite sensor for simultaneously measuring a flow rate and a pressure of a fluid such as a liquid or a gas flowing through a pipe or the like.
【0002】[0002]
【背景技術】液体や気体等の流体は、その体積が圧力や
温度等により変動することから、その流量測定において
は、圧力測定と温度測定とを同時に行い、これらの圧力
測定値および温度測定値に基づき、流量測定値を所定の
状態の体積に補正しなければならないことがある。特
に、気体は、その体積が圧力や温度等により、著しく変
動することから、流量測定値を標準状態の体積に補正す
ることが重要となっている。このような補正を伴う流量
測定を行うにあたり、流量センサ、圧力センサおよび温
度センサを別々に設けたのでは、各センサの取付作業が
煩雑となるうえ、場合によっては、望ましい位置に集中
して設けることができず、同じ機材を用いても測定値が
異なってしまう。特に、流量センサと圧力センサとは、
同一箇所に設けることが望ましいが、通常のものは、同
一箇所に設けることが困難となっている。2. Description of the Related Art Since the volume of a fluid such as a liquid or a gas fluctuates depending on pressure, temperature, etc., in flow measurement, pressure measurement and temperature measurement are performed simultaneously, and these pressure measurement values and temperature measurement values are measured. May have to correct the flow measurement to a predetermined volume. In particular, since the volume of a gas fluctuates significantly depending on pressure, temperature, and the like, it is important to correct the measured flow rate to the volume in a standard state. In performing the flow measurement with such correction, if the flow sensor, the pressure sensor, and the temperature sensor are separately provided, the mounting work of each sensor becomes complicated, and in some cases, the sensors are concentrated at a desired position. Cannot be measured, and the measured values differ even when the same equipment is used. In particular, the flow sensor and the pressure sensor
It is desirable to provide them at the same location, but it is difficult to provide the usual one at the same location.
【0003】そこで、流量センサおよび圧力センサを一
体化し、前述のような問題の解決を図った装置(特階昭
63-70121号公報)が知られている。この装置には、流体
を流通させる筒部の内部に挿入される垂直バーを、前記
筒部の外部において当該筒部と平行に配置される水平バ
ーの中心部に連結したT字形アームが備えられている。
T字形アームの水平バーの両端は、支柱を介して前記筒
部に連結されている。そして、これらの支柱には、第1
および第2の荷重センサがそれぞれ取り付けられてい
る。垂直バーの基端の近傍部分には、流体の流動方向と
平行に形成された鍔状の円盤部が設けられている。ま
た、垂直バーの先端部分には、流体の流動方向と正対す
る受圧面が設けられている。筒部には、垂直バーを挿通
させる開口が設けられている。この開口には、蛇腹筒の
一端が接続されている。この蛇腹筒の他端は、垂直バー
の円盤部で塞がれている。このような装置によれば、流
体の圧力(静圧)が円盤部で受けとめられ、第1および
第2の荷重センサの両方を同方向に変形させるので、こ
れらの荷重センサからの測定値の和に基づいて、流体の
圧力を測定することができる。一方、受圧部で受けとめ
られる流体の動圧は、第1および第2の荷重センサを互
いに逆方向に変形させるので、これらの荷重センサで得
られる測定値の差から、流体の動圧が検出可能となって
いる。そして、検出された動圧に基づいて、流体の流
速、ひいては流量を測定することができる。[0003] Therefore, a device which solves the above-mentioned problem by integrating a flow sensor and a pressure sensor (Sho Tokusho)
No. 63-70121) is known. This device is provided with a T-shaped arm in which a vertical bar inserted into a tube through which a fluid flows is connected to the center of a horizontal bar arranged parallel to the tube outside the tube. ing.
Both ends of the horizontal bar of the T-shaped arm are connected to the cylindrical portion via columns. And these pillars have the first
And a second load sensor, respectively. In the vicinity of the base end of the vertical bar, there is provided a flange-shaped disk formed parallel to the flow direction of the fluid. Further, a pressure receiving surface facing the flow direction of the fluid is provided at the tip of the vertical bar. The tubular portion has an opening through which the vertical bar is inserted. One end of a bellows cylinder is connected to this opening. The other end of the bellows cylinder is closed by a disk of a vertical bar. According to such an apparatus, since the pressure (static pressure) of the fluid is received by the disk portion and both the first and second load sensors are deformed in the same direction, the sum of the measured values from these load sensors is obtained. , The pressure of the fluid can be measured. On the other hand, the dynamic pressure of the fluid received by the pressure receiving portion deforms the first and second load sensors in opposite directions, so that the dynamic pressure of the fluid can be detected from the difference between the measured values obtained by these load sensors. It has become. Then, based on the detected dynamic pressure, the flow velocity of the fluid, and thus the flow rate, can be measured.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような装置では、機械的な構成要素。部品を多く必要と
する構造となっていることから、組立作業に時間がかか
るうえ、荷重センサを支柱に接着剤等で取り付ける取付
作業に時間がかかり、その製造効率がよくないという問
題がある。また、部品を多く必要とする構造であるの
で、全体が大きくなりやすく、小型化が困難であるとい
う問題がある。However, in the apparatus described above, mechanical components are used. Since the structure requires many parts, it takes a long time for the assembling work, and also takes a long time for the mounting work for attaching the load sensor to the support with an adhesive or the like, resulting in a problem that the manufacturing efficiency is not good. In addition, since the structure requires many components, there is a problem that the whole is likely to be large and downsizing is difficult.
【0005】本発明の目的は、簡単な構造であり、小型
化が容易な複合センサを提供することにある。An object of the present invention is to provide a composite sensor which has a simple structure and can be easily miniaturized.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、測定対象とな
る流体の流量と圧力とを同時に測定するための複合セン
サであって、前記流体が流れる方向と平行に配置される
とともに一面が当該流体に接するダイアフラム部と、こ
のダイアフラム部の前記一面に基端が接合されるととも
に先端が前記流体の流動方向と交差する方向に延びるカ
ンチレバー部と、前記ダイアフラム部の機械的変位に応
じて電気抵抗が変化するとともに当該ダイアフラム部の
表面に放射状に配列されている複数の歪みゲージとを備
えていることを特徴とする。このような本発明では、ダ
イアフラム部で流体の圧力(静圧)を受け、ダイアフラ
ム部の変位を、その表面に設けた歪みゲージで検出する
ことで、流体の圧力測定を行う。一方、流体の動圧は、
カンチレバー部で受けられ、このカンチレバー部がダイ
アフラム部に変位を生じさせ、この変位をダイアフラム
部の歪みゲージで検出する。これにより、流体の動圧検
出を行い、この動圧から流量を測定する。従って、主要
な機械部品としては、ダイアフラム部およびカンチレバ
ー部だけですみ、多くの部品を必要としない簡単な構造
となる。ダイアフラム部が弾性を有する平板状のもので
あることから、その表面に複数の歪みゲージを放射状に
設けるにあたり、真空蒸着法等のPVD(Physical Vap
our Deposition)や、プラズマCVD(Chemical Vapou
r Deposition)等の成膜法が容易に利用でき、歪みゲー
ジの成形の容易化を図ることができる。また、複数の歪
みゲージを放射状に配置することから、各歪みゲージ間
の位置が離隔し、これらの歪みゲージを成形するにあた
り、小型化しても相互に干渉することがなくなり、この
点からも製造が容易となる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a composite sensor for simultaneously measuring the flow rate and pressure of a fluid to be measured, wherein the sensor is arranged parallel to the direction in which the fluid flows and has one surface. A diaphragm portion in contact with a fluid, a cantilever portion having a proximal end joined to the one surface of the diaphragm portion and a distal end extending in a direction intersecting the flow direction of the fluid, and an electric resistance corresponding to mechanical displacement of the diaphragm portion. And a plurality of strain gauges radially arranged on the surface of the diaphragm portion. According to the present invention, the pressure of the fluid is measured by receiving the pressure (static pressure) of the fluid at the diaphragm and detecting the displacement of the diaphragm with a strain gauge provided on the surface thereof. On the other hand, the fluid dynamic pressure is
The cantilever is received by the cantilever, and the cantilever causes a displacement in the diaphragm, and the displacement is detected by a strain gauge of the diaphragm. Thus, the dynamic pressure of the fluid is detected, and the flow rate is measured from the dynamic pressure. Therefore, only a diaphragm part and a cantilever part are required as main mechanical parts, and a simple structure that does not require many parts is obtained. Since the diaphragm is a flat plate having elasticity, when a plurality of strain gauges are radially provided on the surface thereof, a physical vapor gap (PVD) such as a vacuum evaporation method is used.
our Deposition and plasma CVD (Chemical Vapou)
r Deposition) can be easily used, and the strain gauge can be easily formed. In addition, since a plurality of strain gauges are arranged radially, the positions between the strain gauges are separated from each other, and when these strain gauges are formed, they do not interfere with each other even if they are miniaturized. Becomes easier.
【0007】以上において、前記カンチレバー部には、
前記流体の流動方向と正対し、流動する前記流体を受け
る流体受面が備えられ、前記ダイアフラム部の表面に
は、前記歪みゲージとして、前記流体の圧力を受けるこ
とにより生じる当該ダイアフラム部の変位を検出するた
めに設けられた、複数の第1の歪みゲージと、前記カン
チレバー部の前記流体受面が前記流体を受けることによ
り生じる当該ダイアフラム部の変位を検出するために設
けられた、複数の第2の歪みゲージとが備えられ、前記
第1の歪みゲージは、前記流体の流動方向に直交する方
向に配列され、前記第2の歪みゲージは、前記流体の流
動方向に沿って配列されていることが望ましい。このよ
うにすれば、第1の歪みゲージが流体の圧力検出専用も
のもとなり、かつ、第2の歪みゲージが動圧検出専用の
ものとなり、当該センサからは、圧力信号および動圧信
号が別個に出力され、電気的処理が容易に行えるように
なり、当該センサの後段に接続される演算回路等の構成
が簡単なものとなる。そのうえ、第1の歪みゲージを流
体の流動方向に直交する方向に配列すれば、カンチレバ
ー部が動圧を受けることにより生ずるダイアフラム部の
変位が最小となる部分に、第1の歪みゲージを配置でき
るようになる。これにより、第1の歪みゲージは、動圧
に対する感度が低下するので、同一のダイアフラム部で
流量測定を行っても、その影響が低減される。そして、
第2の歪みゲージを流体の流動方向に直交する方向に配
列すれば、カンチレバー部が動圧を受けることにより生
ずるダイアフラム部の変位が、ダイアフラム部の前後で
逆方向となる位置に、第2の歪みゲージを配置すること
が可能となる。これにより、第2の歪みゲージの出力に
ついて、流体の圧力による成分を相殺することが可能と
なり、同一のダイアフラム部で圧力測定を行っても、そ
の影響が低減される。In the above, the cantilever portion includes:
A fluid receiving surface that receives the flowing fluid is provided to face the flow direction of the fluid, and the surface of the diaphragm portion serves as the strain gauge to detect a displacement of the diaphragm portion caused by receiving the pressure of the fluid. A plurality of first strain gauges provided for detecting, and a plurality of first strain gauges provided for detecting displacement of the diaphragm portion caused by receiving the fluid on the fluid receiving surface of the cantilever portion. 2 strain gauges, the first strain gauge is arranged in a direction orthogonal to the flow direction of the fluid, and the second strain gauge is arranged along the flow direction of the fluid. It is desirable. With this configuration, the first strain gauge is also dedicated to detecting the pressure of the fluid, and the second strain gauge is dedicated to detecting the dynamic pressure, and the pressure signal and the dynamic pressure signal are separated from the sensor. And the electrical processing can be easily performed, and the configuration of an arithmetic circuit and the like connected downstream of the sensor becomes simple. In addition, if the first strain gauges are arranged in a direction perpendicular to the flow direction of the fluid, the first strain gauges can be arranged in a portion where displacement of the diaphragm caused by receiving the dynamic pressure on the cantilever portion is minimized. Become like Thereby, the sensitivity of the first strain gauge to the dynamic pressure is reduced, so that even if the flow rate measurement is performed with the same diaphragm, the effect is reduced. And
If the second strain gauges are arranged in a direction orthogonal to the flow direction of the fluid, the displacement of the diaphragm caused by the dynamic pressure applied to the cantilever is located at a position where the displacement in the opposite direction before and after the diaphragm is reversed. It becomes possible to arrange a strain gauge. This makes it possible to offset the component of the output of the second strain gauge due to the pressure of the fluid, so that even if the pressure is measured with the same diaphragm, the effect is reduced.
【0008】また、前記ダイアフラム部には、中央部分
に厚さ寸法が周辺部分よりも大きい厚肉部が設けられ、
この厚肉部の前記流体が接する面に前記カンチレバー部
の基部が接合され、前記厚肉部の反対側の面に温度に応
じて電気抵抗が変化する温度検出部が設けられているこ
とが好ましい。このようにすれば、ダイアフラム部への
カンチレバー部の連結強度が十分確保されるようにな
り、当該センサの耐久性が確保されるようになるうえ、
流体の圧力などにより、温度検出部に変位が生じること
がなくなり、ダイアフラム部に温度検出部を設けても、
正確な温度測定が行えるようになる。[0008] The diaphragm portion is provided with a thick portion having a thickness dimension larger than that of a peripheral portion at a central portion,
It is preferable that a base portion of the cantilever portion is joined to a surface of the thick portion where the fluid is in contact, and a temperature detection portion whose electric resistance changes according to temperature is provided on a surface opposite to the thick portion. . With this configuration, the connection strength of the cantilever portion to the diaphragm portion is sufficiently ensured, and the durability of the sensor is ensured.
Displacement does not occur in the temperature detection unit due to the pressure of the fluid, etc., and even if the temperature detection unit is provided in the diaphragm unit,
Accurate temperature measurement can be performed.
【0009】さらに、前記ダイアフラム部は、金属製の
ものとされ、このダイアフラム部の前記流体に接しない
面は、二酸化ケイ素の絶縁層で覆われ、前記歪みゲージ
は、前記絶縁層の上に形成されたシリコン薄膜とするこ
とが望ましい。このようにすれば、PVDやCVD等の
製膜法および写真製版の技術を利用することが容易に行
えるようになり、歪みゲージ付のダイアフラム部を超小
型化できるうえに、大量生産することも可能となる。Further, the diaphragm portion is made of metal, and the surface of the diaphragm portion not in contact with the fluid is covered with an insulating layer of silicon dioxide, and the strain gauge is formed on the insulating layer. It is desirable to use a silicon thin film that has been formed. In this way, it is possible to easily use film forming methods such as PVD and CVD and photoengraving techniques, and it is possible to miniaturize the diaphragm with a strain gauge and to mass-produce the diaphragm. It becomes possible.
【0010】また、前記複数の歪みゲージは、前記ダイ
アフラム部の変形により圧縮力を受ける位置、および、
同ダイアフラム部の変形により張力を受ける位置の両方
にそれぞれ設けられていることが好ましい。このように
すれば、カンチレバー部が動圧を受けることにより生ず
るダイアフラム部の変位を第1の歪みゲージが検出して
も、当該変位による電気的な変化を相殺することが可能
となり、同一のダイアフラム部で流量測定を行っている
ことの影響が最小限となる。一方、第2の歪みゲージ
は、流体の圧力により生ずるダイアフラム部の変位を検
出しても、当該変位による電気的な変化を相殺すること
が可能となり、同一のダイアフラム部で圧力測定を行っ
ていることの影響が最小限となる。[0010] The plurality of strain gauges may receive a compressive force due to deformation of the diaphragm, and
It is preferable to be provided at both positions where tension is applied by deformation of the diaphragm. With this configuration, even if the first strain gauge detects the displacement of the diaphragm caused by the dynamic pressure applied to the cantilever, the electrical change due to the displacement can be canceled, and the same diaphragm can be used. The effect of performing the flow measurement in the section is minimized. On the other hand, even if the second strain gauge detects the displacement of the diaphragm caused by the pressure of the fluid, it is possible to cancel the electrical change due to the displacement, and the pressure is measured with the same diaphragm. The effect of this is minimal.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面に基づいて説明する。図1および図2には、本実施形
態に係る複合センサ1が示されている。この複合センサ
1は、測定対象となる流体を流通させる配管に接続され
る筒体10に、流量と圧力とを同時に測定するための仕組
みを設けたものである。筒体10の内部には、前述の流体
が通る流路11が設けられ、この流路11両端には、配管を
接続するための接続部12が設けられている。接続部12
は、内周面側の雌ねじ部13と、外周面側の工具係合部14
とを有したものである。雌ねじ部13は、内部に向かって
次第に直径が小さくなったもので、いわゆるテーパー雄
ねじと螺合するようになっている。工具係合部14は、六
角ナット状に形成されたものであり、スパナ等の工具と
係合するようになっている。筒体10の中間部分には、当
該筒体10の側壁15を貫通する開口部16が設けられてい
る。開口部16の周囲には、筒体10の外周面から突出する
立ち上がり部17が設けられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a composite sensor 1 according to the present embodiment. In the composite sensor 1, a mechanism for simultaneously measuring a flow rate and a pressure is provided in a cylindrical body 10 connected to a pipe through which a fluid to be measured flows. A flow path 11 through which the above-described fluid passes is provided inside the cylindrical body 10, and connection portions 12 for connecting pipes are provided at both ends of the flow path 11. Connection 12
Is a female screw portion 13 on the inner peripheral surface side and a tool engaging portion 14 on the outer peripheral surface side.
And The female screw portion 13 gradually decreases in diameter toward the inside, and is screwed with a so-called tapered male screw. The tool engagement portion 14 is formed in a hexagonal nut shape, and is adapted to engage with a tool such as a spanner. An opening 16 that penetrates a side wall 15 of the cylindrical body 10 is provided in an intermediate portion of the cylindrical body 10. Around the opening 16, a rising portion 17 protruding from the outer peripheral surface of the cylindrical body 10 is provided.
【0012】開口部16は、その内部に流路11を横断する
カンチレバー部20が挿入された状態で、円盤状のダイア
フラム部30で塞がれたものとなっている。ダイアフラム
部30の中心部分にカンチレバー部20が連結されるととも
に、ダイアフラム部30がリング状部材31を介して筒体10
の立ち上がり部17に連結されている。ここで、ダイアフ
ラム部30が変形することにより、カンチレバー部20の先
端側が回動するようになっている。また、流路11の内周
面には、 開口部16と対向する部分に凹部18が設けられ
ている。この凹部18は、内部にカンチレバー部20の先端
が挿入され、カンチレバー部20の回動量が過大にならな
いように抑制するストッパーとなっている。The opening 16 is closed with a disk-shaped diaphragm 30 with a cantilever 20 traversing the flow path 11 inserted therein. The cantilever portion 20 is connected to the center portion of the diaphragm portion 30, and the diaphragm portion 30 is connected to the cylindrical body 10 via a ring-shaped member 31.
Is connected to the rising portion 17 of Here, the distal end side of the cantilever portion 20 is rotated by the deformation of the diaphragm portion 30. In addition, a concave portion 18 is provided on the inner peripheral surface of the flow channel 11 at a portion facing the opening 16. The concave portion 18 serves as a stopper into which the tip of the cantilever portion 20 is inserted to suppress the amount of rotation of the cantilever portion 20 from becoming excessive.
【0013】カンチレバー部20は、その基端がダイアフ
ラム部30に接合されるとともに、先端が流体の流動方向
と交差する方向に延びる棒状のものとなっている。カン
チレバー部20の流路11内に収まる部分には、流体の流動
方向と正対し、当該流体を受ける流体受面21が設けられ
ている。なお、流体受面21は、カンチレバー部20が金属
製の丸棒である場合には、丸棒の所定箇所を押し潰すこ
とにより形成することができる。ダイアフラム部30は、
流路11内の流体が流れる方向と平行に配置されたもので
ある。ダイアフラム部30には、図3および図4に示され
るように、中央部分および周縁部分に、厚さ寸法の大き
い中央厚肉部32および周縁厚肉部33が設けられている。
これらの厚肉部32, 33の間には、厚さ寸法の小さい変形
薄肉部34が設けられている。このうち、中央厚肉部32
は、図中下方の面が流体と接する面となっており、こち
ら側の面に、前述のカンチレバー部20の基部が溶接によ
り接合されている。また、周縁厚肉部33には、筒体10に
溶接されるリング状部材31が、やはり溶接により接合さ
れている。ここで、ダイアフラム部30は、流路11内を流
体の圧力(静圧)およびカンチレバー部30の回動のいず
れによっても、変形薄肉部34が変位を生じるようになっ
ている。The cantilever portion 20 has a rod-like shape whose base end is joined to the diaphragm portion 30 and whose front end extends in a direction intersecting the flow direction of the fluid. A portion of the cantilever portion 20 that fits within the flow path 11 is provided with a fluid receiving surface 21 that faces the fluid in the flowing direction and that receives the fluid. When the cantilever portion 20 is a metal round bar, the fluid receiving surface 21 can be formed by crushing a predetermined portion of the round bar. Diaphragm part 30,
It is arranged parallel to the direction in which the fluid in the flow path 11 flows. As shown in FIGS. 3 and 4, the diaphragm portion 30 is provided with a central thick portion 32 and a peripheral thick portion 33 having large thickness dimensions at a central portion and a peripheral portion.
Between these thick portions 32, 33, a deformed thin portion 34 having a small thickness is provided. Of which, the central thick part 32
In the figure, the lower surface in the figure is a surface that comes into contact with the fluid, and the base of the cantilever portion 20 is joined to this surface by welding. The ring-shaped member 31 to be welded to the cylindrical body 10 is also joined to the peripheral thick portion 33 by welding. Here, the deformable thin portion 34 of the diaphragm portion 30 is displaced by both the pressure (static pressure) of the fluid and the rotation of the cantilever portion 30 in the flow path 11.
【0014】ダイアフラム部30の流体と接しない面に
は、当該ダイアフラム部30の機械的変位に応じて電気抵
抗が変化する複数の歪みゲージGF1〜GF4, GP1〜GP4
と、温度に応じて電気抵抗が変化する温度検出部GTとが
設けられている。このうち、温度検出部GTは、ダイアフ
ラム部30の中央厚肉部32に設けられている。歪みゲージ
GP1〜GP4, GF1〜GF4は、ダイアフラム部30の変形薄
肉部34に放射状に配列されている。このうち、歪みゲー
ジGP1〜GP4は、流体の圧力を受けることにより生じる
ダイアフラム部30の変位を検出するために設けられた第
1の歪みゲージである。これらの歪みゲージGP1〜GP4
は、図5に示されるように、流体の流動方向に直交する
方向に一列に配列されている。一方、歪みゲージGF1〜
GF4は、カンチレバー部20の流体受面21が流体を受ける
ことにより生じるダイアフラム部30の変位を検出するた
めに設けられた第2の歪みゲージである。これらの歪み
ゲージGF1〜GF4は、流体の流動方向に沿って一列に配
列されている。A plurality of strain gauges GF1 to GF4, GP1 to GP4, whose electric resistance changes according to the mechanical displacement of the diaphragm 30, are provided on the surface of the diaphragm 30 not in contact with the fluid.
And a temperature detector GT whose electric resistance changes according to the temperature. Among them, the temperature detecting part GT is provided in the central thick part 32 of the diaphragm part 30. Strain gauge
GP1 to GP4 and GF1 to GF4 are radially arranged on the deformed thin portion 34 of the diaphragm 30. Among them, the strain gauges GP1 to GP4 are first strain gauges provided to detect the displacement of the diaphragm 30 caused by receiving the pressure of the fluid. These strain gauges GP1 to GP4
Are arranged in a line in a direction perpendicular to the flow direction of the fluid, as shown in FIG. On the other hand, the strain gauges GF1
GF4 is a second strain gauge provided to detect a displacement of the diaphragm section 30 caused by the fluid receiving surface 21 of the cantilever section 20 receiving a fluid. These strain gauges GF1 to GF4 are arranged in a line along the flow direction of the fluid.
【0015】ここで、歪みゲージGP1,GP3は、図6に
示されるように、ダイアフラム部30の変形薄肉部34の内
周縁の近傍位置に設けられている。一方、歪みゲージGP
2,GP4は、変形薄肉部34の外周縁の近傍位置に設けら
れている。これにより、ダイアフラム部30が流体の圧力
(静圧)を受けて図中上方に変形すると、変形薄肉部34
の内周縁近傍の表面は、折れ曲がりの外側の面となるこ
とから、歪みゲージGP1,GP3に張力が加わるようにな
っている。また、ダイアフラム部30が前述の如く変形す
ると、変形薄肉部34の外周縁近傍の表面は、折れ曲がり
の内側の面となることから、歪みゲージGP2,GP4に圧
縮力が加わるようになっている。従って、流体の静圧に
よりダイアフラム部30が変形すると、歪みゲージGP1,
GP3は、電気抵抗が大きくなる一方、歪みゲージGP2,
GP4は、電気抵抗が小さくなるように配置されている。Here, as shown in FIG. 6, the strain gauges GP1 and GP3 are provided near the inner peripheral edge of the deformed thin portion 34 of the diaphragm 30. Meanwhile, strain gauge GP
2, GP4 is provided at a position near the outer peripheral edge of the deformable thin portion. As a result, when the diaphragm portion 30 is deformed upward in the drawing by receiving the pressure (static pressure) of the fluid, the deformed thin portion 34
The surface in the vicinity of the inner peripheral edge becomes an outer surface of the bend, so that tension is applied to the strain gauges GP1 and GP3. Further, when the diaphragm portion 30 is deformed as described above, the surface near the outer peripheral edge of the deformed thin portion 34 becomes the inner surface of the bend, so that a compressive force is applied to the strain gauges GP2 and GP4. Therefore, when the diaphragm 30 is deformed by the static pressure of the fluid, the strain gauges GP1, GP1
GP3, while the electrical resistance increases, strain gauge GP2
GP4 is arranged so that electric resistance may be small.
【0016】歪みゲージGF1,GF3は、図7に示される
ように、ダイアフラム部30の変形薄肉部34の内周縁の近
傍位置に設けられ、歪みゲージGF2,GF4は、変形薄肉
部34の外周縁の近傍位置に設けられている。これによ
り、カンチレバー部20の流体受面21が流体の動圧を受
け、カンチレバー部20の先端が図中左方へ回動するのに
応じて、ダイアフラム部30が変形すると、変形薄肉部34
の図中左側の内周縁近傍および図中右側の外周縁近傍の
表面は、折れ曲がりの外側の面となることから、歪みゲ
ージGF1,GF4には、張力が加わるようになっている。
また、ダイアフラム部30が前述の如く変形すると、変形
薄肉部34の図中左側の外周縁近傍および図中右側の内周
縁近傍の表面は、折れ曲がりの内側の面となることか
ら、歪みゲージGF2,GF3には、圧縮力が加わるように
なっている。従って、流体の動圧によりダイアフラム部
30が変形すると、歪みゲージGF1,GF4は、電気抵抗が
大きくなる一方、歪みゲージGF2,GF3は、電気抵抗が
小さくなるように配置されている。As shown in FIG. 7, the strain gauges GF1 and GF3 are provided near the inner peripheral edge of the deformed thin portion 34 of the diaphragm 30, and the strain gauges GF2 and GF4 are disposed at the outer peripheral edge of the deformed thin portion 34. Is provided in the vicinity of. As a result, the fluid receiving surface 21 of the cantilever portion 20 receives the dynamic pressure of the fluid, and the diaphragm portion 30 is deformed in response to the tip of the cantilever portion 20 turning leftward in the drawing, and the deformed thin portion 34
The surface near the inner peripheral edge on the left side in the drawing and the surface near the outer peripheral edge on the right side in the drawing become outer surfaces of the bend, so that tension is applied to the strain gauges GF1 and GF4.
Further, when the diaphragm portion 30 is deformed as described above, the surface of the deformed thin portion 34 near the outer peripheral edge on the left side in the drawing and the surface near the inner peripheral edge on the right side in the drawing becomes an inner surface of the bend. A compressive force is applied to the GF3. Therefore, the diaphragm part is driven by the dynamic pressure of the fluid.
When the strain 30 is deformed, the strain gauges GF1 and GF4 are arranged such that the electrical resistance increases, while the strain gauges GF2 and GF3 are arranged so that the electrical resistance decreases.
【0017】さらに、カンチレバー部20が流体の流動方
向と直交する方向へ回動するのに応じて、ダイアフラム
部30が変形すると、歪みゲージGP1〜GP4は、図7に示
される歪みゲージGF1〜GF4を歪みゲージGP1〜GP4に
置き換えた如く、歪みゲージGP1,GP4の電気抵抗が大
きくなる一方、歪みゲージGP2,GP3の電気抵抗が小さ
くなる。また、歪みゲージGF1〜GF4は、流体の静圧を
受けてダイアフラム部30が変形すると、図6に示される
歪みゲージGP1〜GP4を歪みゲージGF1〜GF4に置き換
えた如く、歪みゲージGF1,GF3の電気抵抗が大きくな
る一方、歪みゲージGF2,GF4の電気抵抗が小さくな
る。なお、ダイアフラム部30は、金属製のものとされて
いる。このダイアフラム部30の流体と接しない表面は、
二酸化ケイ素の絶縁層で覆われている。歪みゲージGP1
〜GP4,GF1〜GF4は、前述の絶縁層上にプラズマCV
D法により積層形成したシリコン薄膜を、写真食刻技術
により所定の平面形状に成形したものである。Further, when the diaphragm portion 30 is deformed in response to the rotation of the cantilever portion 20 in the direction perpendicular to the direction of fluid flow, the strain gauges GP1 to GP4 become strain gauges GF1 to GF4 shown in FIG. Is replaced by the strain gauges GP1 to GP4, the electrical resistance of the strain gauges GP1 and GP4 increases, while the electrical resistance of the strain gauges GP2 and GP3 decreases. When the diaphragm 30 is deformed by receiving the static pressure of the fluid, the strain gauges GF1 to GF4 are replaced by the strain gauges GF1 to GF3, as shown in FIG. While the electrical resistance increases, the electrical resistance of the strain gauges GF2 and GF4 decreases. The diaphragm section 30 is made of metal. The surface of the diaphragm portion 30 that is not in contact with the fluid is
Covered with an insulating layer of silicon dioxide. Strain gauge GP1
~ GP4, GF1 ~ GF4 are plasma CV
A silicon thin film formed by lamination according to the method D is formed into a predetermined planar shape by a photolithography technique.
【0018】図8には、歪みゲージGP1〜GP4の電気結
線が示されている。図において、歪みゲージGP1は、一
端が歪みゲージGP2の一端と、接続点aにおいて接続さ
れ、他端が歪みゲージGP4の一端と、接続点dにおいて
接続されている。歪みゲージGP2の他端は、歪みゲージ
GP3の一端と、接続点bにおいて接続されている。歪み
ゲージGP3の他端は、歪みゲージGP4の他端と、接続点
cにおいて接続されている。このような歪みゲージGP1
〜GP4の接続により、流体の圧力(静圧)を検出する圧
力検出部2が形成されている。圧力検出部2の接続点
b,dには、入力端子41, 42がそれぞれ接続され、これ
らの入力端子41, 42に所定の電圧が印化されるようにな
っている。圧力検出部2の接続点c,aには、出力端子
43, 44がそれぞれ接続され、これらの出力端子43, 44か
ら、流体の圧力に応じた電気信号が出力されるようにな
っている。FIG. 8 shows the electrical connection of the strain gauges GP1 to GP4. In the figure, one end of a strain gauge GP1 is connected to one end of a strain gauge GP2 at a connection point a, and the other end is connected to one end of a strain gauge GP4 at a connection point d. The other end of the strain gauge GP2 is a strain gauge
It is connected to one end of GP3 at connection point b. The other end of the strain gauge GP3 is connected to the other end of the strain gauge GP4 at a connection point c. Such a strain gauge GP1
To GP4, a pressure detector 2 for detecting the pressure (static pressure) of the fluid is formed. Input terminals 41 and 42 are connected to the connection points b and d of the pressure detecting unit 2, respectively, and a predetermined voltage is applied to these input terminals 41 and 42. Output terminals are provided at connection points c and a of the pressure detection unit 2.
The output terminals 43 and 44 are connected to output electrical signals corresponding to the pressure of the fluid.
【0019】図9には、歪みゲージGF1〜GF4の電気的
な結線が示されている。図において、歪みゲージGF1
は、一端が歪みゲージGF2の一端と、接続点eにおいて
接続され、他端が歪みゲージGF3の一端と、接続点hに
おいて接続されている。歪みゲージGF2の他端は、歪み
ゲージGF4の一端と、接続点fにおいて接続されてい
る。歪みゲージGF4の他端は、歪みゲージGF3の他端
と、接続点gにおいて接続されている。このような歪み
ゲージGF1〜GF4の接続により、流体の静圧から流量を
検出する流量検出部3が形成されている。流量検出部3
の接続点f,hには、入力端子45, 46がそれぞれ接続さ
れ、これらの入力端子45, 46に所定の電圧が印化される
ようになっている。流量検出部3の接続点g,eには、
出力端子47, 48がそれぞれ接続され、これらの出力端子
47, 48から、流体の流量に応じた電気信号が出力される
ようになっている。FIG. 9 shows the electrical connection of the strain gauges GF1 to GF4. In the figure, strain gauge GF1
Has one end connected to one end of the strain gauge GF2 at a connection point e, and the other end connected to one end of the strain gauge GF3 at a connection point h. The other end of the strain gauge GF2 is connected to one end of the strain gauge GF4 at a connection point f. The other end of the strain gauge GF4 is connected to the other end of the strain gauge GF3 at a connection point g. The connection of the strain gauges GF1 to GF4 forms the flow rate detecting unit 3 that detects the flow rate from the static pressure of the fluid. Flow detector 3
Input terminals 45 and 46 are connected to the connection points f and h, respectively, and a predetermined voltage is applied to these input terminals 45 and 46. At the connection points g and e of the flow rate detector 3,
Output terminals 47 and 48 are connected respectively, and these output terminals
From 47 and 48, an electric signal corresponding to the flow rate of the fluid is output.
【0020】次に、本発明の動作について説明する。い
ま、ダイアフラム部30が流体の圧力を受けて図6の如
く、図中上方に変形したとすると、歪みゲージGP1,GP
3には、張力が加わり、歪みゲージGP2,GP4には、圧
縮力が加わるので、流体の圧力の強さに応じて、歪みゲ
ージGP1,GP3の電気抵抗が大きくなり、歪みゲージGP
2,GP4の電気抵抗が小さくなる。ここで、歪みゲージ
GP1〜GP4は、電気抵抗の変化分の絶対値が等しくなる
ように設定され、その絶対値がΔRであるとすると、図
8の如く、歪みゲージGP1,GP3の変化分は、+ΔRと
なり、歪みゲージGP2,GP4の変化分は、−ΔRとな
る。このため、接続点cの電位は上がり、接続点aの電
位は下がり、これにより、出力端子43, 44の間に、流体
の圧力に応じた電気信号が出力される一方、上述のよう
にダイアフラム部30が変形すると、歪みゲージGF1,GF
3の電気抵抗が大きくなり、歪みゲージGF2,GF4の電
気抵抗が小さくなる。ここで、歪みゲージGF1〜GF4
は、電気抵抗の変化分の絶対値が等しくなるように設定
され、その絶対値がΔRであるとすると、図9の如く、
歪みゲージGF1,GF3の変化分は、+ΔRとなり、歪み
ゲージGF2,GF4の変化分は、−ΔRとなる。このた
め、接続点g,eの電位がともに下がり、これにより、
流体の圧力でダイアフラム部30が変形しても、出力端子
47, 48の間には、何ら電気信号が発生しない。Next, the operation of the present invention will be described. Now, assuming that the diaphragm portion 30 is deformed upward in the drawing as shown in FIG. 6 under the pressure of the fluid, the strain gauges GP1, GP
3, a tensile force is applied to the strain gauges GP2 and GP4, and a compressive force is applied to the strain gauges GP2 and GP4, so that the electrical resistance of the strain gauges GP1 and GP3 increases according to the strength of the fluid pressure, and the strain gauges GP
2. The electrical resistance of GP4 is reduced. Where the strain gauge
GP1 to GP4 are set so that the absolute value of the change in electric resistance is equal, and if the absolute value is ΔR, the change in strain gauges GP1 and GP3 is + ΔR as shown in FIG. The change of the gauges GP2 and GP4 is -ΔR. For this reason, the potential of the connection point c rises, and the potential of the connection point a falls, whereby an electric signal corresponding to the pressure of the fluid is output between the output terminals 43 and 44. When the part 30 is deformed, the strain gauges GF1, GF
3, the electrical resistance of the strain gauges GF2, GF4 decreases. Here, the strain gauges GF1 to GF4
Is set so that the absolute value of the change in electrical resistance is equal, and if the absolute value is ΔR, as shown in FIG.
The change of the strain gauges GF1 and GF3 is + ΔR, and the change of the strain gauges GF2 and GF4 is −ΔR. For this reason, the potentials of the connection points g and e are both lowered, whereby
Even if the diaphragm 30 is deformed by the pressure of the fluid, the output terminal
No electric signal is generated between 47 and 48.
【0021】次に、カンチレバー部20の流体受面21が流
体の動圧を受け、カンチレバー部20の先端が図中左方へ
回動するのに応じて、図7の如く、ダイアフラム部30が
変形したとすると、歪みゲージGF1,GF4には、張力が
加わり、歪みゲージGF2,GF3には、圧縮力が加わる。
これにより、流体の動圧の大きさに応じて、歪みゲージ
GF1,GF4の電気抵抗が大きくなり、歪みゲージGF2,
GF3の電気抵抗が小さくなる。ここで、歪みゲージGF1
〜GF4は、電気抵抗の変化分の絶対値が等しくなるよう
に設定され、その絶対値がΔrであるとすると、図9の
如く、歪みゲージGF1,GF4の変化分は、+Δrとな
り、歪みゲージGF2,GF3の変化分は、−Δrとなる。
このため、接続点gの電位は上がり、接続点eの電位は
下がり、これにより、出力端子47, 48の間に、流体の動
圧、すなわち流量に応じた電気信号が出力される。一
方、上述のようにダイアフラム部30が変形すると、歪み
ゲージGP1,GP4の電気抵抗が大きくなり、歪みゲージ
GP2,GP3の電気抵抗が小さくなる。ここで、歪みゲー
ジGP1〜GP4は、電気抵抗の変化分の絶対値が等しくな
るように設定され、その絶対値がΔrであるとすると、
図8の如く、歪みゲージGP1,GP4の変化分は、+Δr
となり、歪みゲージGP2,GP3の変化分は、−Δrとな
る。このため、接続点a,cの電位がともに下がり、こ
れにより、流体の動圧でダイアフラム部30が変形して
も、出力端子43, 44の間には、何ら電気信号が発生しな
い。Next, as the fluid receiving surface 21 of the cantilever portion 20 receives the dynamic pressure of the fluid and the tip of the cantilever portion 20 rotates to the left in the drawing, the diaphragm portion 30 is moved as shown in FIG. If it is deformed, a tension is applied to the strain gauges GF1 and GF4, and a compressive force is applied to the strain gauges GF2 and GF3.
This allows strain gauges to be used in accordance with the dynamic pressure of the fluid.
The electrical resistance of GF1 and GF4 increases, and strain gauges GF2
The electrical resistance of GF3 decreases. Here, the strain gauge GF1
.About.GF4 are set so that the absolute value of the change in electric resistance is equal, and if the absolute value is .DELTA.r, the change in strain gauges GF1 and GF4 is + .DELTA.r as shown in FIG. The change of GF2 and GF3 is -Δr.
For this reason, the potential of the connection point g rises, and the potential of the connection point e falls, whereby an electric signal corresponding to the dynamic pressure of the fluid, that is, the flow rate, is output between the output terminals 47 and 48. On the other hand, when the diaphragm portion 30 is deformed as described above, the electric resistance of the strain gauges GP1 and GP4 increases,
The electrical resistance of GP2 and GP3 decreases. Here, the strain gauges GP1 to GP4 are set so that the absolute value of the change in electric resistance is equal, and if the absolute value is Δr,
As shown in FIG. 8, the change of the strain gauges GP1 and GP4 is + Δr
And the change of the strain gauges GP2 and GP3 is -Δr. For this reason, the potentials of the connection points a and c are both lowered, so that no electric signal is generated between the output terminals 43 and 44 even if the diaphragm 30 is deformed by the dynamic pressure of the fluid.
【0022】前述のような本実施形態によれば、次のよ
うな効果がある。すなわち、ダイアフラム部30で流体の
圧力を受け、ダイアフラム部30の変位を歪みゲージGP1
〜GP4で検出し、また、カンチレバー部20で流体の動圧
を受け、このカンチレバー部20でダイアフラム部30に変
位を生じさせ、この変位を歪みゲージGF1〜GF4で検出
し、さらに、ダイアフラム部30に設けた温度検出部GTで
流体の温度測定を行うようにしたので、流体の圧力、流
量および温度を同時に測定することができる。According to the above-described embodiment, the following effects can be obtained. That is, the diaphragm 30 receives the pressure of the fluid, and the displacement of the diaphragm 30 is measured by the strain gauge GP1.
GPGP4, the dynamic pressure of the fluid is received by the cantilever portion 20, the diaphragm portion 30 is displaced by the cantilever portion 20, and the displacement is detected by the strain gauges GF1 to GF4. Since the temperature of the fluid is measured by the temperature detecting unit GT provided in, the pressure, flow rate and temperature of the fluid can be measured simultaneously.
【0023】また、ダイアフラム部30およびカンチレバ
ー部20で複合センサ1の主要構造を構成したので、他の
機械要素が不要となって部品数が低減され、複合センサ
1の構造が簡単なものとなり、製造の効率を向上できる
うえ、全体を小型化することができる。Further, since the diaphragm 30 and the cantilever 20 constitute the main structure of the composite sensor 1, other mechanical elements are unnecessary, the number of parts is reduced, and the structure of the composite sensor 1 is simplified. The manufacturing efficiency can be improved and the whole can be downsized.
【0024】さらに、ダイアフラム部30を平板状に形成
し、その表面に複数の歪みゲージGP1〜GP4, GF1〜GF
4を形成するにあたり、プラズマCVDおよび写真食刻
技術を利用したので、ダイアフラム部30が著しく小さな
ものであっても、歪みゲージGP1〜GP4, GF1〜GF4の
成形を容易に行うことができる。また、複数の歪みゲー
ジGP1〜GP4, GF1〜GF4を放射状に配置したので、そ
の間隔が拡大され、歪みゲージGP1〜GP4, GF1〜GF4
を成形するにあたり、ダイアフラム部30を超小型化して
も、写真食刻時に、歪みゲージGP1〜GP4, GF1〜GF4
が相互に干渉することがなく、この点からも製造が容易
となる。Further, the diaphragm portion 30 is formed in a plate shape, and a plurality of strain gauges GP1 to GP4, GF1 to GF
Since the plasma CVD and the photo-etching technique are used to form the strain gauge 4, the strain gauges GP1 to GP4 and GF1 to GF4 can be easily formed even if the diaphragm 30 is extremely small. In addition, since the plurality of strain gauges GP1 to GP4 and GF1 to GF4 are radially arranged, the interval therebetween is enlarged, and the strain gauges GP1 to GP4 and GF1 to GF4 are arranged.
When molding the diaphragm, the strain gauges GP1 to GP4, GF1 to GF4
Do not interfere with each other, which also facilitates manufacture.
【0025】また、歪みゲージGF1〜GF4を流体の流動
方向に沿って配列して、流体の動圧検出専用のものと
し、かつ、歪みゲージGP1〜GP4を流体の流動方向に直
交する方向に配列して、流体の静圧検出専用のものと
し、当該複合センサ1から動圧信号および静圧信号が別
個に出力されようにしたので、これらの信号の電気的処
理が容易となり、当該複合センサ1の後段に接続される
演算回路等の構成を簡単なものとできる。Further, the strain gauges GF1 to GF4 are arranged in the direction of flow of the fluid to be dedicated to detecting the dynamic pressure of the fluid, and the strain gauges GP1 to GP4 are arranged in a direction perpendicular to the direction of flow of the fluid. Since the dynamic pressure signal and the static pressure signal are separately output from the composite sensor 1 for the purpose of detecting the static pressure of the fluid, electrical processing of these signals is facilitated. The configuration of the arithmetic circuit and the like connected at the subsequent stage can be simplified.
【0026】さらに、カンチレバー部20に流体の流動方
向と正対して当該流体を受ける流体受面21を設けたこと
から、ダイアフラム部30に接合することによりカンチレ
バー部20を回動可能としても、流体の動圧によるカンチ
レバー部20の回動方向が一方向に決まり、流体の動圧に
よるダイアフラム部30の変位検出を歪みゲージGF1〜GF
4だけで検出することが可能となる。そのうえ、カンチ
レバー部20の前後に歪みゲージGF1〜GF4を配置し、前
後の歪みゲージGF1〜GF4の位置では、ダイアフラム部
30の変位が逆方向となるようにしたので、出力信号は、
流体の圧力による成分が相殺可能となり、流量測定およ
び圧力測定を同一のダイアフラム部30の変位に基づいて
行っても、相互に影響がでることがない。Further, since the cantilever portion 20 is provided with the fluid receiving surface 21 which faces the fluid in the flow direction of the fluid, the cantilever portion 20 can be rotated by joining to the diaphragm portion 30. The rotation direction of the cantilever portion 20 is determined in one direction by the dynamic pressure, and the displacement of the diaphragm 30 is detected by the dynamic pressure of the fluid.
4 alone. In addition, the strain gauges GF1 to GF4 are arranged before and after the cantilever section 20. At the positions of the front and rear strain gauges GF1 to GF4, the diaphragm section
Since the displacement of 30 was made in the opposite direction, the output signal was
The component due to the pressure of the fluid can be canceled, and even if the flow rate measurement and the pressure measurement are performed based on the same displacement of the diaphragm unit 30, there is no mutual influence.
【0027】特に、歪みゲージGP1,GP3,GF1,GF3
を変形薄肉部34の内周縁の近傍位置に設け、歪みゲージ
GP2,GP4,GF2,GF4を変形薄肉部34の外周縁の近傍
位置に設け、ダイアフラム部30の所定の変形に対して、
歪みゲージGP1,GP3,GF1,GF3には、張力が加わる
ようにするとともに、歪みゲージGP2,GP4,GF2,GF
4には、圧縮力が加わるようにし、かつ、歪みゲージGP
1〜GP4は、流体の動圧による成分が相殺されるように
結線し、歪みゲージGF1〜GF4は、流体の静圧による成
分が相殺されるように結線したので、流量測定および圧
力測定の間で、相互に影響がでることを確実に防止でき
る。In particular, strain gauges GP1, GP3, GF1, GF3
Is provided near the inner peripheral edge of the deformed thin portion 34, and the strain gauge
GP2, GP4, GF2, GF4 are provided in the vicinity of the outer peripheral edge of the deformed thin portion 34, and for a predetermined deformation of the diaphragm portion 30,
Tension is applied to the strain gauges GP1, GP3, GF1, GF3, and the strain gauges GP2, GP4, GF2, GF
4 is designed to apply a compressive force and a strain gauge GP
1 to GP4 are connected so that the components due to the dynamic pressure of the fluid are offset, and the strain gauges GF1 to GF4 are connected so that the components due to the static pressure of the fluid are offset. Thus, mutual influences can be reliably prevented.
【0028】また、ダイアフラム部30の中央部分に、厚
さ寸法が周辺部分よりも大きい中央厚肉部32を設け、こ
の中央厚肉部32の一方の面にカンチレバー部20の基部を
接合し、中央厚肉部32の他方の面に温度検出部GTを設け
たので、ダイアフラム部30へのカンチレバー部20の連結
強度が十分確保され、複合センサ1の耐久性を向上する
ことができうるうえ、流体の圧力等で温度検出部GTに変
位が生じることがなくなるので、ダイアフラム部30に温
度検出部GTを設けても、流体の圧力等の影響を受けず、
正確に温度を測定できる。Further, a central thick portion 32 having a larger thickness dimension than the peripheral portion is provided at a central portion of the diaphragm portion 30, and a base portion of the cantilever portion 20 is joined to one surface of the central thick portion 32, Since the temperature detection part GT is provided on the other surface of the central thick part 32, the connection strength of the cantilever part 20 to the diaphragm part 30 is sufficiently ensured, and the durability of the composite sensor 1 can be improved. Since the temperature detector GT is not displaced by the fluid pressure or the like, even if the diaphragm unit 30 is provided with the temperature detector GT, the temperature detector GT is not affected by the fluid pressure or the like.
The temperature can be measured accurately.
【0029】さらに、ダイアフラム部30を金属製のもの
とし、このダイアフラム部30の表面を二酸化ケイ素の絶
縁層で覆い、この絶縁膜の上にシリコン薄膜製の歪みゲ
ージGP1〜GP4,GF1〜GF4を形成するにあたり、プラ
ズマCVDおよび写真食刻技術を利用したので、歪みゲ
ージ付のダイアフラム部30を超小型化できるうえに、大
量生産することができる。Further, the diaphragm portion 30 is made of metal, the surface of the diaphragm portion 30 is covered with an insulating layer of silicon dioxide, and strain gauges GP1 to GP4, GF1 to GF4 made of a silicon thin film are formed on the insulating film. Since plasma CVD and photolithography techniques are used for forming the diaphragm, the diaphragm unit 30 with the strain gauge can be miniaturized and mass-produced.
【0030】以上、本発明について好適な実施形態を挙
げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるも
のでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の改良並びに設計の変更が可能である。例えば、ダイア
フラム部とカンチレバー部との接合部としては、互いの
接合部分を平面とし、これらの平面同士を突き合わせて
接合するものに限らず、図10に示されるように、カン
チレバー部20A の基端をテーパー状に形成し、ダイアフ
ラム部30A の中央厚肉部32A にカンチレバー部20A の基
端に応じたすり鉢状の凹部を設け、カンチレバー部20A
の基端を中央厚肉部32A の凹部に嵌合させた状態で溶接
した接合部でもよい。このようにすれば、ダイアフラム
部30A の周縁厚肉部33A の厚さ寸法が大きく、接合部の
横から水平にした溶接棒4を溶接部に近づけることがで
きなくとも、斜め方向から溶接棒4を接合部に近づける
ことができ、例えば、カンチレバー部20A と所定角度θ
をなすように、溶接棒4を接合部に近づけることが可能
となるので、溶接の便宜を図ることができる。なお、角
度θは、45度前後とするのが好ましい。Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiment, the present invention is not limited to this embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention. It is possible. For example, the joining portion between the diaphragm portion and the cantilever portion is not limited to one in which the joining portion is a flat surface and these flat surfaces are joined to each other, and as shown in FIG. 10, the proximal end of the cantilever portion 20A is connected. Is formed in a tapered shape, and a mortar-shaped concave portion corresponding to the base end of the cantilever portion 20A is provided in the central thick portion 32A of the diaphragm portion 30A, and the cantilever portion 20A is formed.
May be welded in a state where the base end is fitted into the concave portion of the central thick portion 32A. In this way, the thickness of the peripheral thick portion 33A of the diaphragm portion 30A is large, and even if the welding rod 4 which is horizontal from the side of the joint cannot be brought close to the welding portion, even if the welding rod 4 is oblique, Can be brought closer to the joint, for example, the cantilever portion 20A and the predetermined angle θ
Therefore, it is possible to bring the welding rod 4 closer to the joint portion, so that the welding can be facilitated. It is preferable that the angle θ be around 45 degrees.
【0031】また、歪みゲージの数や配列としては、前
記実施形態で示した数や配列に限らず、二個以上の歪み
ゲージを有していれば、その配列には制限がなく、歪み
ゲージの数や配列は実施に当たり適宜選択できる。しか
しながら、前記実施形態のようにすれば、流量測定およ
び圧力測定の間で、相互に影響がでることを確実に防止
できるという効果が得られる。さらに、温度検出部は、
省略してもよく、設置する場合には、その設置位置は、
ダイアフラム部に限定されず、筒体に設けてもよいが、
ダイアフラム部に設ければ、前述の実施形態の如く製造
が容易となる。また、ダイアフラム部としては、金属製
のものに限らず、セラミック製のものなどでもよく、ダ
イヤフラム部の材質は、実施にあたり適宜選択できる。
さらに、ダイアフラム部の絶縁層は、二酸化ケイ素製の
ものに限らず、合成樹脂製のものでもよい。なお、ダイ
アフラム部の材質として、セラミック製等の電気絶縁体
を採用すれば、絶縁層は省略できる。また、歪みゲージ
としては、シリコン薄膜で形成したものに限らず、金属
皮膜のものなどでもよく、歪みゲージの材質は、実施に
あたり適宜選択できる。The number and arrangement of the strain gauges are not limited to the numbers and arrangements described in the above embodiment. If there are two or more strain gauges, the arrangement is not limited. The number and the sequence of can be appropriately selected for implementation. However, according to the above-described embodiment, an effect is obtained that the mutual influence between the flow rate measurement and the pressure measurement can be reliably prevented. Further, the temperature detector
It may be omitted, and when it is installed, its installation position is
It is not limited to the diaphragm portion, but may be provided on the cylindrical body,
If it is provided in the diaphragm part, the manufacture becomes easy as in the above-described embodiment. Further, the diaphragm is not limited to the metal, but may be a ceramic, and the material of the diaphragm can be appropriately selected in practice.
Further, the insulating layer of the diaphragm portion is not limited to that made of silicon dioxide, but may be made of a synthetic resin. The insulating layer can be omitted if an electric insulator made of ceramic or the like is used as the material of the diaphragm. Further, the strain gauge is not limited to the one formed of a silicon thin film, but may be a metal film or the like. The material of the strain gauge can be appropriately selected upon implementation.
【0032】[0032]
【発明の効果】前述のように、本発明によれば、その構
造を簡単なものとできるうえ、製造効率が向上し、か
つ、小型化や量産化を容易に実現できる。As described above, according to the present invention, the structure can be simplified, the manufacturing efficiency can be improved, and miniaturization and mass production can be easily realized.
【図1】本発明の一実施形態の全体を示す断面図であ
る。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an entire embodiment of the present invention.
【図2】図1で示した前記実施形態の側面図である。FIG. 2 is a side view of the embodiment shown in FIG.
【図3】図2のIII − III線における拡大断面図であ
る。FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line III-III in FIG.
【図4】図1のIV − IV線における拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1;
【図5】前記実施形態のダイアフラム部を示す拡大平面
図である。FIG. 5 is an enlarged plan view showing a diaphragm section of the embodiment.
【図6】図5のVI − VI線における拡大断面図である。FIG. 6 is an enlarged sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5;
【図7】図5のVII − VII線における拡大断面図であ
る。FIG. 7 is an enlarged sectional view taken along line VII-VII of FIG. 5;
【図8】本実施例における第1の歪みゲージの結線図で
ある。FIG. 8 is a connection diagram of a first strain gauge in the present embodiment.
【図9】本実施例における第2の歪みゲージの結線図で
ある。FIG. 9 is a connection diagram of a second strain gauge in the present embodiment.
【図10】本発明の変形例を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a modification of the present invention.
1 複合センサ 20 カンチレバー部 21 流体受面 30 ダイアフラム部 32 厚肉部としての中央厚肉部 GP1〜GP4 第1の歪みゲージ GF1〜GF4 第2の歪みゲージ GT 温度検出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite sensor 20 Cantilever part 21 Fluid receiving surface 30 Diaphragm part 32 Central thick part as thick part GP1-GP4 First strain gauge GF1-GF4 Second strain gauge GT Temperature detector
Claims (5)
に測定するための複合センサであって、 前記流体が流れる方向と平行に配置されるとともに一面
が当該流体に接するダイアフラム部と、 このダイアフラム部の前記一面に基端が接合されるとと
もに先端が前記流体の流動方向と交差する方向に延びる
カンチレバー部と、 前記ダイアフラム部の機械的変位に応じて電気抵抗が変
化するとともに当該ダイアフラム部の表面に放射状に配
列されている複数の歪みゲージとを備えていることを特
徴とする複合センサ。1. A composite sensor for simultaneously measuring a flow rate and a pressure of a fluid to be measured, wherein the diaphragm is arranged in parallel with a direction in which the fluid flows and one surface of which is in contact with the fluid. A cantilever portion having a base end joined to the one surface of the diaphragm portion and a tip extending in a direction intersecting with the flow direction of the fluid; and an electrical resistance varying according to mechanical displacement of the diaphragm portion, and A composite sensor comprising: a plurality of strain gauges radially arranged on a surface.
し、流動する前記流体を受ける流体受面が備えられ、 前記ダイアフラム部の表面には、前記歪みゲージとし
て、 前記流体の圧力を受けることにより生じる当該ダイアフ
ラム部の変位を検出するために設けられた、複数の第1
の歪みゲージと、 前記カンチレバー部の前記流体受面が前記流体を受ける
ことにより生じる当該ダイアフラム部の変位を検出する
ために設けられた、複数の第2の歪みゲージとが備えら
れ、 前記第1の歪みゲージは、前記流体の流動方向に直交す
る方向に配列され、前記第2の歪みゲージは、前記流体
の流動方向に沿って配列されていることを特徴とする複
合センサ。2. The composite sensor according to claim 1, wherein the cantilever portion is provided with a fluid receiving surface for receiving the flowing fluid, facing the flowing direction of the fluid, and a surface of the diaphragm portion. A plurality of first strain gauges provided as the strain gauges for detecting displacement of the diaphragm portion caused by receiving the pressure of the fluid.
And a plurality of second strain gauges provided for detecting displacement of the diaphragm portion caused by the fluid receiving surface of the cantilever portion receiving the fluid, wherein the first strain gauges are provided. Wherein the strain gauges are arranged in a direction orthogonal to the flow direction of the fluid, and the second strain gauges are arranged along the flow direction of the fluid.
サにおいて、前記ダイアフラム部には、中央部分に厚さ
寸法が周辺部分よりも大きい厚肉部が設けられ、この厚
肉部の前記流体が接する面に前記カンチレバー部の基部
が接合され、前記厚肉部の反対側の面に温度に応じて電
気抵抗が変化する温度検出部が設けられていることを特
徴とする複合センサ。3. The composite sensor according to claim 1, wherein the diaphragm has a thick portion having a larger thickness at a central portion than a peripheral portion at a central portion. A composite sensor, wherein a base portion of the cantilever portion is joined to a surface in contact with a fluid, and a temperature detecting portion whose electric resistance changes according to temperature is provided on a surface opposite to the thick portion.
の複合センサにおいて、前記ダイアフラム部は、金属製
のものとされ、このダイアフラム部の前記流体に接しな
い面は、二酸化ケイ素の絶縁層で覆われ、前記歪みゲー
ジは、前記絶縁層の上に形成されたシリコン薄膜である
ことを特徴とする複合センサ。4. The composite sensor according to claim 1, wherein said diaphragm portion is made of metal, and a surface of said diaphragm portion which is not in contact with said fluid is made of an insulating material of silicon dioxide. A composite sensor covered with a layer, wherein the strain gauge is a silicon thin film formed on the insulating layer.
の複合センサにおいて、前記複数の歪みゲージは、前記
ダイアフラム部の変形により圧縮力を受ける位置、およ
び、同ダイアフラム部の変形により張力を受ける位置の
両方にそれぞれ設けられていることを特徴とする複合セ
ンサ。5. The composite sensor according to claim 1, wherein the plurality of strain gauges receive a compressive force due to the deformation of the diaphragm, and a tension due to the deformation of the diaphragm. A composite sensor provided at both of the receiving positions.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1997
- 1997-01-24 JP JP01117797A patent/JP3652041B2/en not_active Expired - Fee Related
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