JPS58160831A - 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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JPS58160831A
JPS58160831A JP57043274A JP4327482A JPS58160831A JP S58160831 A JPS58160831 A JP S58160831A JP 57043274 A JP57043274 A JP 57043274A JP 4327482 A JP4327482 A JP 4327482A JP S58160831 A JPS58160831 A JP S58160831A
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JP
Japan
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electrode
diaphragm
conductive layer
base support
pressure
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Pending
Application number
JP57043274A
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English (en)
Inventor
Toru Ishida
徹 石田
Osamu Makino
治 牧野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS58160831A publication Critical patent/JPS58160831A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静電容量型圧力センサに関するものである。
従来、静電容赦型の圧力センサはダイアフラム及び基台
支持部と、これらダイアフラム及び基台支持部に形成さ
れ相対向するように配置された導1層と、導電層iml
のギャップが一定ギャップになるように且つダイアフラ
ム及び基台支持部周辺をシールするためにダイアフラム
と基台支持部との間に配置されたシール部材から構成さ
れ′Cいる。
従つ゛C1静KW量型圧カセンサの圧力検知の原理は、
ダイアフラム側から気体圧力が加わりダイアプラムが変
形することにより導電層間の静電容量錬が変化し、これ
を電気回路により電圧に変換するものである。一般に圧
力センサはその圧力の検′j!1輌度、特に温度による
出力ドリフトが大きな障書となり、高精度の圧力検知装
置が得られにくい実情があ−った。
静電容量型圧力センサは主として静電容態検知カプセル
部と検知回路部とから構成され”Cいる。
第1図は従来の圧力センサの検知カプセル部の構成を示
し′Cおり、同図におい゛C1アルミナの基台支持部o
1 kに設けられた感圧容jIL (Cp) t A 
(2)の導電層とその周辺に設けられた基準容蝋(Cr
)電極(3)C7−)導!Jl+、t、ダイアフラム(
4)面に設けられた共通を極(5)の導電層と対向しC
おり、自書には電極間距離に応じた静[容量Cp、Cr
が生じ、8本のリード線(6)・・・を通し′C得られ
る。又ダイアフラム(4)はセラミック薄板からなり、
基台支持部if)の周辺で、ガラス層(7)によつCシ
ール固定され′Cいる。カプセル部の内部は減圧状態で
半田(8)により封止さ口、ダイアフラム(4)に加わ
る圧力に応じC1共通を極(5)と爲圧谷量電極(2)
との間の距離が変り、圧力に応じた慮圧容量が得られる
第2図は静電容態型圧力センサの検知回路部の原理を示
す、第2図のCpは検知カプセル部の感圧容量部を、C
rは検知カプセル部の基準谷域部を示す。ここでCpと
Crに充電された[′aが抵抗Rを通じC放電され、9
82図側に示すような曲線で放電される。放電曲線があ
る一定電肚Vrefに達したとき、スイッチが働き、C
pとCrの放電の時間差に比例した幅のパルスが発生す
る。このパルスの幅を全体の族1時間に対して平滑し、
1η流電圧Voに変換する。この原理に従つ゛C出力電
電圧圧力の関係を表現すると次のような式になる。
Vou t −A (1−Cr/(p J −J’ P
ここでVoutは出力電圧、A、B1.を定数、Cpは
検知カプセル部の静を容重、Crは検知カプセル部の基
111W重を表わす、第1図(・ゴ)に示す電極形状を
有する検知カプセル部は従来の電極形状で、この電極形
状ではCpとCrの湿度係数は第4図に示すような結果
とf(る。(1−”/Cp)の温度による変化率はCp
とCrの温度係数によって決まり、第1図に示す従来例
の場合、I  Cr/c、の温度変化率は大きく、検知
回#11部と組合わせたとき、第6図すに示す如く漏電
に対し′C検知精イル強く依存し、広いm度範囲に亘つ
C十分な検知イルを保つことはできない、餉6図すの曲
線のように温度に対する出力の傾斜が大きいのは検知カ
プセル部の温1f峙性に起因する。検知カプセル部の温
度特性を回1させること、即ち検知カプセル部の1−C
r/c、の温度特性を向上させるt:めには、CpとC
rの11!pt係数を近づける必要がある。
今、CpとCrの温度係数を各々α、βとし、7M度の
変化域を△Tとすると、△Tの温度変化で理岩的にαキ
βとするならばICr/C9の値は温度が変化し′Cも
全く変らないこととなる。本発明はCpとCrの温度係
数をできるだけ近い値にすることを実現するために為さ
れたもので、電気絶縁性を有する一対の基台支持部及び
ダイアフラムと、これら基台支持部及び・ダイアフラム
に形成された第1、第2.第8の導電層と、基台支持部
とダイアフラムとの間に介在されたシール部材とから構
成され、前記第1の導電層と第2.第8の導電層が相対
回しほつ前記シール部材にょっC一定ギャップに保rコ
れ、前記第2の導N層は前記シール部近傍の枝状導[層
とそれに連なる電極取出し部をaし、第8の導電層は第
2の導電層から切り離されC弔2の導電l−を取り囲む
ように輪状に形成され電極取出し部を有したものである
以下本宅明を実施の一例を示す図面に基づいC脱調する
0本発明による静電四縁型圧力センサでは横用θブセル
部の縦断面は第1図に示す従来例と同じであり、電極構
造を第8図(U)に示すように構成しである。尚図中第
1図と同一部材は同−符ff ヲ用いC示しCいる。即
ち、ダイアフラム(4)に圧力pか加わったとき、最も
り゛イアフラム(4)の変形が大きくfCるところに基
台支持mlり(1)に形成したvl、極(2)とLト刀
の変化に対しCあまり変形しないところに基曾支持部竜
りに形成した電極(3)とから構成され、第8図(])
に示す如く、仕方を感する゛電極(2)の電極取出し部
uOの途中に左右一対の枝状電極(9)ul O) 4
 !−が形成され、更に圧力によつCあまり変化しない
部分に形成された電極(3)はガラス層(7)iこ近い
位置に同8円状に形成され、やはり電極収出(7部(1
4が形成されCいる。
ここで、圧力によつCダイアフラム14)の変形が大き
い部分に形成された電極(2)は圧力によ・つCダイア
フラム(4)側の電極(5)との間に発生する静wL谷
NtCpを検知するために設けられたもので、Cp電極
と称する。−万、圧力の変化に対しCあまり変形しない
部分に設けられた輪状電極(3)は基準容量Cr用のも
ので、Cr市極と称する。
本発明の構成で、従来例の!極刑状と異1.17.点は
Cp″#L繕取出し部途中に設けられた枝状車線191
 tlJにある。検知カプセル部にこの枝状[tJli
 +91 udを形成【7、作成した試料のC「とCp
の温度係数を測)(シた結果を第6図に示す、この図か
ら明らかffように、第4図のCr、Cpの温度係数に
比べCpの温If係数が大きくなりsCrの温度係数と
より接近し′Cいる。このことは、lCr//c、の温
度変化という観点から考えたとき、より小さな温度変化
(7かホさないことを窟味し、圧力検知#4F1Fの温
度による影響を考λたときより好ましい方向である。C
p電極(2)に枝状電極1111) (111を形成す
ることにより、 Cpの温間係数が大きくなる方向にシ
フトし、crの温度係数に近づく理由は次のことで説明
できる。、即ちvt、極がシール部材rガラス側(7)
〕の近傍に形成された場合、本来の真空を介しC相対向
する!極間に発生する静tr谷曖の他に、検知カプセル
部を構成する材料であるアルミナやガラスシール部材か
らの浮遊容蝦の付加tが大きくなる。この付加されt:
静を谷鰺の温関係数は本来の理想的に発生した静電谷歇
の温度係数に比べて大きい、従つCCpl[極(2)の
南極取出し部Oυ途中にあり1つシール部材〔ガラス層
(7)〕に近い位置に枝増大市fIiIi1113叫を
形成することによりCpの温度係数は枝状[極19) 
[113のないものに比べC大きくなる。その結果、C
pの〃ず係数はCry)温度係数に近づくことになる。
以にの説明から、Cp市極(2)に枝状電、極(9)(
10を形成することによりCrとCpの温関係数は略近
い値を取るようになり、出力Voutに比例する値1−
Cr/Cpの濁lf変化を小さくすることを6丁能にす
るものである。尚Cp’li極(2)に付加される枝状
電#j 19) tllはその位置が基台支持部+11
の周辺に近いことにより効果が得られるものであり、枝
状′#It極+9) filの形拭や配置の位置関係に
ついCは、枝状電極が基台支持部+1)の周辺に位置す
る限りにおいてはその効果は失われるものではない。基
台支持部(1)及びダイアフラム(4〉の材質としては
、化学的2機械的に安定な性質を有し且つ電気的絶縁性
に優れたものが良い0例えば、酸化物系セラミックスや
ガラスのような材質が優れ°Cおり、これらの材質を用
いることにより安定した特性が得られると同時に特性の
経時変化が極めC小さい。とりオ)け、アルミナは化学
的1機械的に極めて安定な材料であるとともに簡単に入
手できることから、静II@量型汁カセンサの基台支持
部it)及びダイアフラム(4)の材料とし°C優れた
ものである。
次に本発明の具体例についC#l明する。基台支持部1
1)及びシ゛イアフラム(4)の材料としてアルミナを
使用する。共通電極+5)の形成されているダイアフラ
ム(4)の径は88ff、厚みは0.5ffであり、基
台支持a 11)の径は881m+、j!I!みは6寵
であった。ダイアフラム(4)には共通電極(5)とし
てAu−Pt系の薄膜電極を形成し、径25flの円形
電極を形成する。−万、基台支持sf! u)には中心
部にCp用の円形電極(2)を形成し、且つ電極取出し
一91途中にはCrと同じ円周りの位−に中心から80
’の角度の広がりのある枝状電極(9)叫を形成する。
又Cr用のjL極(3)としC1基台支持部+t) l
ll11辺に同心円状に形成され外側径はガラス層(7
)から1wxllJれている。これら電極12) (3
)(川明の位Ilf関係は第8図(ロ)に示すものと同
じである。上記のように、電極の形成された基台支持部
(1)涜びダイアフラム(4)をシール部祠としCのガ
ラス層(7)を介し′C接着する。尚シール部材1ガラ
ス層(7)〕の材質とし′CはPb、、−B20.系の
低融点ガラスを使用し、基台支持部+1)とダイアフラ
ム(4)との闇のギヤ゛ンブは20μmとなるように作
製した。このギYツブ内を真空封止した後リード線(6
)・・・を接続しa’JJセンサ用の検知カプセル部と
した。この検知θブセル部のCp、Crの温関係数を測
定したところ、船6図に示す如く関係を示し、CpとC
rの温度の係数は極めC近い値を取った。この検知カプ
セル部を検知回路部に接続したときの温度特性を第6図
aの曲線に示す、第6図には枝状tmを形成しない場合
の温度特性も示し、その曲線はbである。
第6図の温度特性は設定中心値からの出力電圧のドリフ
ト量をwllHlで表現したもので、圧力としては46
0flHgの場合について示したものeあろ 又、設定
は25℃で行なったもので、26°Cでのドリフトは0
である。この図から明らかなように枝状tI極19) 
Q13を形成することにより圧力センサの出力の温度に
よる傾斜は極めて小さいことが分る。
扶上述べたよ5に、本発明による静電容量型圧力センサ
は極めC優れた温度係数を有し、1つ基台支持部及びダ
イアフラムの材料として例えばアルミナを使用すること
により経時変化の面でも優れた特性を示すことから、工
業上極めて有利な静電容量型圧力センサを提供するもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図(イ)及び(ロ)は従来の静電容量型圧力センサ
に用いる検知カプセル部の縦断面図及び横断面図、第2
図(4)及び(ロ)は検知回路部の原理を示す同略図及
び放電状態曲線図、第3図(6)伎び(ロ)は本発明の
実施の一例における検知カプセル部の縦断面図及び横断
面図、第4図はCpの電極取出し部途中に枝状電極を形
成しない場合のCpとCrの温度係数と圧力の関係を示
すグラフ、1@6図はCpの電極取出し部途中に枝状電
極を形成した場合の温度係数と圧力の関係を示すグラフ
、第6図は枝状電極のある場合とない場合の検’III
″bブセル部を検知回路部にM−したときの温度特性を
示すグラフである。 (1)・・・基台支持部、 (り (3)・・・電極、
(4)・・・ダイアフラム、16)・・・共通電1fi
 、 +7)・・・ガラス聯、19>(1G・・・枝状
電極、 (111(ロ)・・・電場取出し部代珊人 森
本義弘 第f図 (/1) (ロノ 第2図 (4) (口2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 電気絶縁性を有する一対の基台支持部及びダイア
    フラふと、これら基台支持部及びダイアフラムに形成さ
    れた第1.、第2.第8(J)導電層と、基台支持部と
    ダイアフラムとの闇に介在されたシール部材とから構成
    され、前記第1の導電層と第2.第8の導電層が相対向
    し且つ前記シール部材によつ°C一定ギャップに保たれ
    、前記第2の導電層は前記シール部匠傍の枝状導電層と
    それに連なる電極取出し部を有し、第8の導電層は第2
    の導電層から切り離されて第2の導電層を取り囲むよう
    に輪状に形成され電極取出し部を有した静電容量型圧力
    センサ。 2、 基台支持部及びダイアフラムの材質をアルミナと
    した特許請求の範囲第1項記載の静電容量型圧力センサ
    。 8、 シール部内部の気体を取り除いた特許請求の範囲
    第1項記載の静電谷型型圧力センサ。
JP57043274A 1982-03-17 1982-03-17 静電容量型圧力センサ Pending JPS58160831A (ja)

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JP57043274A Pending JPS58160831A (ja) 1982-03-17 1982-03-17 静電容量型圧力センサ

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS645138U (ja) * 1987-06-29 1989-01-12
EP2233900A3 (de) * 2009-03-27 2014-12-03 Robert Bosch GmbH Kapazitiver Drucksensor

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JPS645138U (ja) * 1987-06-29 1989-01-12
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