JPS63298128A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
- Publication number
- JPS63298128A JPS63298128A JP13443687A JP13443687A JPS63298128A JP S63298128 A JPS63298128 A JP S63298128A JP 13443687 A JP13443687 A JP 13443687A JP 13443687 A JP13443687 A JP 13443687A JP S63298128 A JPS63298128 A JP S63298128A
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- JP
- Japan
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- insulating layer
- pressure
- pressure sensor
- metal diaphragm
- thick
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring 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
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0055—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm
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- Physics & Mathematics (AREA)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は圧力センサに関し、特にダイアフラム上に感圧
抵抗を配置してなる圧力センサに関する。
抵抗を配置してなる圧力センサに関する。
従来、金属ダイアフラム上に歪ゲージを接着し、この歪
ゲージな感圧抵抗として用いた圧力センサが多く使用さ
れている。
ゲージな感圧抵抗として用いた圧力センサが多く使用さ
れている。
近年、金属ダイアフラム上に絶縁層を介して薄膜抵抗な
どの皮膜抵抗素子を形成し、この皮膜抵抗素子を感圧抵
抗として用いた圧力センサが実用化されている。
どの皮膜抵抗素子を形成し、この皮膜抵抗素子を感圧抵
抗として用いた圧力センサが実用化されている。
また、シリコン基板の一部にダイアフラムを形成しシリ
コンの拡散抵抗を感圧抵抗として用いた圧力センサや、
セラミック薄板でなるダイアフラム上に形成された厚膜
抵抗を感圧抵抗として用いた圧力センサも実用化されて
いる。
コンの拡散抵抗を感圧抵抗として用いた圧力センサや、
セラミック薄板でなるダイアフラム上に形成された厚膜
抵抗を感圧抵抗として用いた圧力センサも実用化されて
いる。
一方、円形ダイアフラム上の応力分布はダイアフラムの
中心部と周辺部とでは応力が反転することが広く知られ
ており、この性質を利用して円形ダイアフラム上に感圧
抵抗を1個配置した圧力センサ12個配置してハーフブ
リッジ回路を形成するようにした圧カセンサ、4個配置
してフルブリッジ回路を形成するようにした圧力センサ
などが実用化されており、圧力−電圧変換感度の向上に
役立っている。
中心部と周辺部とでは応力が反転することが広く知られ
ており、この性質を利用して円形ダイアフラム上に感圧
抵抗を1個配置した圧力センサ12個配置してハーフブ
リッジ回路を形成するようにした圧カセンサ、4個配置
してフルブリッジ回路を形成するようにした圧力センサ
などが実用化されており、圧力−電圧変換感度の向上に
役立っている。
上述した従来の圧カセンザは、金属ダイアフラム上に歪
ゲージなどを接着した構造の圧力センサにおいては、生
産性が悪く、低価格のものを大量生産することは困難で
あるという問題点があった。
ゲージなどを接着した構造の圧力センサにおいては、生
産性が悪く、低価格のものを大量生産することは困難で
あるという問題点があった。
また、金属ダイアフラムの表面上に設けられた絶縁層上
に皮膜抵抗素子を形成して感圧抵抗として用いた圧力セ
ンサについては、積層された金属と絶縁層との異種材料
の物理的特性の相違のために不要な残留応力が発生し、
高精度および高安定度の圧力センサを歩留り良く生産す
ることは困難であるという問題点があった。
に皮膜抵抗素子を形成して感圧抵抗として用いた圧力セ
ンサについては、積層された金属と絶縁層との異種材料
の物理的特性の相違のために不要な残留応力が発生し、
高精度および高安定度の圧力センサを歩留り良く生産す
ることは困難であるという問題点があった。
さらに、シリコンやセラミックをダイアフラムとして用
いた圧カセンザにおいては、ダイアフラム自身が脆性で
あるなどの問題点があった。
いた圧カセンザにおいては、ダイアフラム自身が脆性で
あるなどの問題点があった。
本発明の目的は、上述の点に鑑み、金属ダイアフラム上
の通電部に沿って無機質絶縁層を部分的に設けて金属と
絶縁層との物理的特性の相違による問題点を緩和すると
ともに、無機質絶縁層上に厚膜印刷・焼成技術により感
圧抵抗およびリード線をブリッジ回路を構成するように
形成して構造上高精度および高安定度で製造が容易であ
る圧力センサを提供することにある。
の通電部に沿って無機質絶縁層を部分的に設けて金属と
絶縁層との物理的特性の相違による問題点を緩和すると
ともに、無機質絶縁層上に厚膜印刷・焼成技術により感
圧抵抗およびリード線をブリッジ回路を構成するように
形成して構造上高精度および高安定度で製造が容易であ
る圧力センサを提供することにある。
本発明の圧カセンザは、金属薄板でなる金属ダイアフラ
ムと、この金属ダイアフラムの通電部に沿って部分的に
設けられた無機質絶縁層と、この無機質絶縁層上に厚膜
印刷・焼成技術により形成された感圧抵抗と、前記無機
質絶縁層」二に厚膜印刷・焼成技術により形成され前記
感圧抵抗をブリッジ回路を構成するように接続するリー
ド線とを有することを特徴とする。
ムと、この金属ダイアフラムの通電部に沿って部分的に
設けられた無機質絶縁層と、この無機質絶縁層上に厚膜
印刷・焼成技術により形成された感圧抵抗と、前記無機
質絶縁層」二に厚膜印刷・焼成技術により形成され前記
感圧抵抗をブリッジ回路を構成するように接続するリー
ド線とを有することを特徴とする。
本発明の圧力センサでは、金属ダイアフラム上に通電部
に沿って部分的に形成された無機質絶縁層が、金属ダイ
アフラム上に厚膜印刷・焼成技術により感圧抵抗および
リード線を形成することを可能とするとともに、金属ダ
イアフラムとの物理的特性の相違により生じる不要な残
留応力や圧力印加時の感圧抵抗の歪の相違を最小限に抑
えて高精度および高安定度の圧力センサの製造を可能と
する。
に沿って部分的に形成された無機質絶縁層が、金属ダイ
アフラム上に厚膜印刷・焼成技術により感圧抵抗および
リード線を形成することを可能とするとともに、金属ダ
イアフラムとの物理的特性の相違により生じる不要な残
留応力や圧力印加時の感圧抵抗の歪の相違を最小限に抑
えて高精度および高安定度の圧力センサの製造を可能と
する。
次に、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
第1図(al〜(C)は、本発明の一実施例に係る圧力
センサを示す上面図、側面図および下面図である。
センサを示す上面図、側面図および下面図である。
本実施例の圧力センサは、円形薄板状の金属ダイアフラ
ム1と、金属ダイアフラム1の下面に接着固定された金
属台座2とから、その主要部が構成されている。
ム1と、金属ダイアフラム1の下面に接着固定された金
属台座2とから、その主要部が構成されている。
金属ダイアフラム1は、第2図(alおよび(h)に示
ずように、例えばステンレス等の非腐食性の金属で左方
に延出する延出部1aを有する円形薄板状に形成されて
おり、下面の通電部に沿って部分的に形成された無機質
のガラスグレーズ絶縁N3と、このガラスグレーズ絶縁
層3上に厚膜印刷・焼成技術により形成された4つの感
圧抵抗4a〜4dと、ガラスグレーズ絶縁層3上に厚膜
印刷・焼成技術により形成されたリード線5と、ガラス
グレーズ絶縁層3上に厚膜印刷・焼成技術により形成さ
れた電極端子6a〜6dとが設けられている。
ずように、例えばステンレス等の非腐食性の金属で左方
に延出する延出部1aを有する円形薄板状に形成されて
おり、下面の通電部に沿って部分的に形成された無機質
のガラスグレーズ絶縁N3と、このガラスグレーズ絶縁
層3上に厚膜印刷・焼成技術により形成された4つの感
圧抵抗4a〜4dと、ガラスグレーズ絶縁層3上に厚膜
印刷・焼成技術により形成されたリード線5と、ガラス
グレーズ絶縁層3上に厚膜印刷・焼成技術により形成さ
れた電極端子6a〜6dとが設けられている。
ガラスグレーズ絶縁層3は、金属ダイアフラム1を形成
する金属材料と熱膨張係数が遺恨したガラスを、液体浸
漬、粉体付着、スクリーン印刷などにより金属ダイアフ
ラム1の下面に付着させた後に、例えば900℃以上の
高温で焼成することにより形成される。なお、ガラスグ
レーズ絶縁層3は、後に行われる感圧抵抗4a〜4d、
リード線5および電極端子6a〜6dの焼成時の温
度(600〜900℃)に耐えるだけの耐熱性が要求さ
れる。
する金属材料と熱膨張係数が遺恨したガラスを、液体浸
漬、粉体付着、スクリーン印刷などにより金属ダイアフ
ラム1の下面に付着させた後に、例えば900℃以上の
高温で焼成することにより形成される。なお、ガラスグ
レーズ絶縁層3は、後に行われる感圧抵抗4a〜4d、
リード線5および電極端子6a〜6dの焼成時の温
度(600〜900℃)に耐えるだけの耐熱性が要求さ
れる。
ガラスグレーズ絶縁N3は、金属ダイアフラム1の下面
の感圧抵抗4a〜4d、 リード線5および電極端子
6a〜6dが設けられる通電部の必要最小限の部分にの
み形成されている。したがって、金属ダイアフラム1の
受圧部1bの残留応力はきわめて少なくなっており、ま
た受圧部1bの湾曲特性は金属薄板単体の場合にきわめ
て近似するようになっている。
の感圧抵抗4a〜4d、 リード線5および電極端子
6a〜6dが設けられる通電部の必要最小限の部分にの
み形成されている。したがって、金属ダイアフラム1の
受圧部1bの残留応力はきわめて少なくなっており、ま
た受圧部1bの湾曲特性は金属薄板単体の場合にきわめ
て近似するようになっている。
感圧抵抗43〜4dは、例えば酸化ルテニューム系の材
料をガラスグレーズ絶縁層3上にスクリーン印刷して6
00〜900℃の温度で焼成することにより形成される
。感圧抵抗4aおよび4bは金属台座2の中心孔2aに
露呈する金属ダイアフラム1の受圧部1bの周辺部寄り
の左右位置に配置されており、感圧抵抗4Cおよび4d
は金属ダイアフラム1の受圧部1bの中心部寄りの上下
位置に配置されている。
料をガラスグレーズ絶縁層3上にスクリーン印刷して6
00〜900℃の温度で焼成することにより形成される
。感圧抵抗4aおよび4bは金属台座2の中心孔2aに
露呈する金属ダイアフラム1の受圧部1bの周辺部寄り
の左右位置に配置されており、感圧抵抗4Cおよび4d
は金属ダイアフラム1の受圧部1bの中心部寄りの上下
位置に配置されている。
電極端子6a〜6dは、例えば銀、銀−バラジュウム系
等の材料をガラスグレーズ絶縁層3上にスクリーン印刷
して600〜900℃の温度で焼成することにより、金
属ダイアフラム1の延出部1aに並置されるように形成
されている。
等の材料をガラスグレーズ絶縁層3上にスクリーン印刷
して600〜900℃の温度で焼成することにより、金
属ダイアフラム1の延出部1aに並置されるように形成
されている。
リード線5は、例えば銀、銀−バラジュウム系等の材料
をガラスグレーズ絶縁N3上にスクリーン印刷して60
0〜900℃の温度で焼成することにより、感圧抵抗4
a〜4dおよび電極端子6a〜6dをフルブリッジ接続
するように形成されている。なお、リード線5は、金属
ダイアフラムlの受圧部1bには必要最小限しか露呈し
ないように、主として金属ダイアフラム1の周辺部に沿
って形成されている。
をガラスグレーズ絶縁N3上にスクリーン印刷して60
0〜900℃の温度で焼成することにより、感圧抵抗4
a〜4dおよび電極端子6a〜6dをフルブリッジ接続
するように形成されている。なお、リード線5は、金属
ダイアフラムlの受圧部1bには必要最小限しか露呈し
ないように、主として金属ダイアフラム1の周辺部に沿
って形成されている。
第4図は、感圧抵抗4a〜4d、 リード線5および
電極端子6a〜6dにより構成されるフルブリッジ回路
の回路図を示している。このフルブリッジ回路では、電
極端子6b、6d間に所定の直流電圧を印加すると、金
属ダイアフラム1の受圧部1bに圧力P(第1図Q)]
参照)が印加されていない平衡状態では、電極端子6a
、6c間の出力電圧Eがほぼ零となるように設定されて
いる。
電極端子6a〜6dにより構成されるフルブリッジ回路
の回路図を示している。このフルブリッジ回路では、電
極端子6b、6d間に所定の直流電圧を印加すると、金
属ダイアフラム1の受圧部1bに圧力P(第1図Q)]
参照)が印加されていない平衡状態では、電極端子6a
、6c間の出力電圧Eがほぼ零となるように設定されて
いる。
一方、金属台座2は、温度変化によって金属ダイアフラ
ム1との間に応力が生じないように金属ダイアフラム1
と同一の金属材料によりリング状に形成されており、さ
らに金属ダイアフラム1との接着面となる上面上にはガ
ラスグレーズ絶縁層3と同様にしてガラスグレーズ絶縁
層7が形成されている。このガラスグレーズ絶縁層7は
、金属ダイアフラム1を金属台座2に接着固定したとき
に金属台座2と金属ダイアフラム1およびその下面に設
けられたリード線5との間の絶縁を確保するために設け
られている。
ム1との間に応力が生じないように金属ダイアフラム1
と同一の金属材料によりリング状に形成されており、さ
らに金属ダイアフラム1との接着面となる上面上にはガ
ラスグレーズ絶縁層3と同様にしてガラスグレーズ絶縁
層7が形成されている。このガラスグレーズ絶縁層7は
、金属ダイアフラム1を金属台座2に接着固定したとき
に金属台座2と金属ダイアフラム1およびその下面に設
けられたリード線5との間の絶縁を確保するために設け
られている。
金属ダイアフラム1は、下面の周辺部を金属台座2の上
端面に低融点ガラスなどを用いて400〜600°Cの
温度に加熱することにより気密的ないし水密的に接着さ
れていて、金属台座2の中心孔2a内において圧力Pに
応して受圧部1bを湾曲変形させることができるように
なっている。
端面に低融点ガラスなどを用いて400〜600°Cの
温度に加熱することにより気密的ないし水密的に接着さ
れていて、金属台座2の中心孔2a内において圧力Pに
応して受圧部1bを湾曲変形させることができるように
なっている。
次に、このように構成された本実施例の圧カセンザの動
作について説明する。
作について説明する。
いま、金属ダイアフラム1の上面に圧力Pが加えられた
とすると、金属ダイアフラム1の受圧部1bは金属台座
2の中心孔2aに窪み込むように湾曲変形し、感圧抵抗
4aおよび4bには圧縮応力が、感圧抵抗4cおよび4
dには引張り応力がそれぞれ加わる。したがって、引張
り応力に対して抵抗値が増加する性質の感圧抵抗4a〜
4d、例えば酸化ルテニューム系の材料で形成された感
圧抵抗4a〜4dを使用した場合には、感圧抵抗4aお
よび4bの抵抗値は減少し、感圧抵抗4cおよび4dの
抵抗値は増加する。このため、金属ダイアフラム1の受
圧部1bへの圧力Pの加圧による金属ダイアフラム1の
下面に形成されたフルブリッジ回路の出力電圧Eの変化
ΔEは、ΔE■P となり、この変化ΔEを測定することにより圧力Pの大
−きさを測定することができる。
とすると、金属ダイアフラム1の受圧部1bは金属台座
2の中心孔2aに窪み込むように湾曲変形し、感圧抵抗
4aおよび4bには圧縮応力が、感圧抵抗4cおよび4
dには引張り応力がそれぞれ加わる。したがって、引張
り応力に対して抵抗値が増加する性質の感圧抵抗4a〜
4d、例えば酸化ルテニューム系の材料で形成された感
圧抵抗4a〜4dを使用した場合には、感圧抵抗4aお
よび4bの抵抗値は減少し、感圧抵抗4cおよび4dの
抵抗値は増加する。このため、金属ダイアフラム1の受
圧部1bへの圧力Pの加圧による金属ダイアフラム1の
下面に形成されたフルブリッジ回路の出力電圧Eの変化
ΔEは、ΔE■P となり、この変化ΔEを測定することにより圧力Pの大
−きさを測定することができる。
なお、上記実施例では、ガラスグレーズ絶縁層3および
7を使用するようにしたが、これらの絶縁層は他の無機
質絶縁層でもよく、例えばアルミナなどのセラミックを
主成分とする無機材料を塗布・焼成して形成するように
してもよい。
7を使用するようにしたが、これらの絶縁層は他の無機
質絶縁層でもよく、例えばアルミナなどのセラミックを
主成分とする無機材料を塗布・焼成して形成するように
してもよい。
また、金属ダイアフラム1」二に形成するブリソジ回路
をフルブリッジ回路としたが、ハーフブリッジ回路であ
ってもよい。
をフルブリッジ回路としたが、ハーフブリッジ回路であ
ってもよい。
以上説明したように、本発明によれば、厚膜印刷・焼成
技術により感圧抵抗を形成するとともにリード線および
電極端子も厚膜印刷・焼成技術により形成するようにし
たので、生産性が良いという効果がある。
技術により感圧抵抗を形成するとともにリード線および
電極端子も厚膜印刷・焼成技術により形成するようにし
たので、生産性が良いという効果がある。
また、金属ダイアフラム上に無機質絶縁層を通電部に沿
って部分的に設けたので、受圧部の物理的特性は金属材
料のみからなるダイアフラムの物理的特性に近似される
ことになり、ダイアフラムの設計が容易になるという効
果がある。
って部分的に設けたので、受圧部の物理的特性は金属材
料のみからなるダイアフラムの物理的特性に近似される
ことになり、ダイアフラムの設計が容易になるという効
果がある。
さらに、金属ダイアフラム上の絶縁層の面積が少なくて
すみ、不要の残留応力が小さくなることにより、高精度
および高安定度の圧力センサが得られるという効果があ
る。
すみ、不要の残留応力が小さくなることにより、高精度
および高安定度の圧力センサが得られるという効果があ
る。
第1図fa)〜(C)は本発明の一実施例に係る圧力セ
ンサを示す上面図、側面図および下面図、第2図+a+
およびfblは第1図中に示した金属ダイアフラムの断
面図および下面図、 第3図(alおよびfblは第1図中に示した金属台座
の上面図および断面図、 第4図は第2図fatおよび(blに示した金属ダイア
フラムの下面に形成されたフルブリッジ回路の回路図で
ある。 図において、 ′ 1・・・・・金属ダイアフラム、 1a・・・・延出部、 1b・・・・受圧部、 2・・・・・金属台座、 2a・・・・中心孔、 3.7・・・ガラスグレーズ絶縁層 (無機質絶縁層)、 4a〜4d・感圧抵抗、 5・・・・・リード線、 6a〜6d・電極端子である。
ンサを示す上面図、側面図および下面図、第2図+a+
およびfblは第1図中に示した金属ダイアフラムの断
面図および下面図、 第3図(alおよびfblは第1図中に示した金属台座
の上面図および断面図、 第4図は第2図fatおよび(blに示した金属ダイア
フラムの下面に形成されたフルブリッジ回路の回路図で
ある。 図において、 ′ 1・・・・・金属ダイアフラム、 1a・・・・延出部、 1b・・・・受圧部、 2・・・・・金属台座、 2a・・・・中心孔、 3.7・・・ガラスグレーズ絶縁層 (無機質絶縁層)、 4a〜4d・感圧抵抗、 5・・・・・リード線、 6a〜6d・電極端子である。
Claims (4)
- (1)金属薄板でなる金属ダイアフラムと、この金属ダ
イアフラムの通電部に沿って部分的に設けられた無機質
絶縁層と、 この無機質絶縁層上に厚膜印刷・焼成技術により形成さ
れた感圧抵抗と、 前記無機質絶縁層上に厚膜印刷・焼成技術により形成さ
れ前記感圧抵抗をブリッジ回路を構成するように接続す
るリード線と、 を有することを特徴とする圧力センサ。 - (2)前記無機質絶縁層が、ガラスグレーズ絶縁層でな
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の圧力セ
ンサ。 - (3)前記無機質絶縁層が、セラミック絶縁層でなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の圧力センサ
。 - (4)前記ブリッジ回路が、フルブリッジ回路でなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の圧力センサ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13443687A JPS63298128A (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13443687A JPS63298128A (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63298128A true JPS63298128A (ja) | 1988-12-05 |
Family
ID=15128324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13443687A Pending JPS63298128A (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63298128A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02196939A (ja) * | 1989-01-26 | 1990-08-03 | Delphi Co Ltd | 圧力センサ並びにその製造方法 |
| EP1464941A1 (de) * | 2003-04-01 | 2004-10-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Drucksensor |
| US7397340B2 (en) | 2003-11-04 | 2008-07-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Load sensor and its manufacturing method |
| EP1835975A4 (en) * | 2004-09-13 | 2010-06-30 | Pall Corp | PRESSURE DETECTION DEVICES AND FLUID ARRANGEMENTS |
-
1987
- 1987-05-29 JP JP13443687A patent/JPS63298128A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02196939A (ja) * | 1989-01-26 | 1990-08-03 | Delphi Co Ltd | 圧力センサ並びにその製造方法 |
| EP1464941A1 (de) * | 2003-04-01 | 2004-10-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Drucksensor |
| US7043995B2 (en) | 2003-04-01 | 2006-05-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Pressure sensor with membrane and measuring elements arranged on the membrane |
| US7397340B2 (en) | 2003-11-04 | 2008-07-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Load sensor and its manufacturing method |
| EP1835975A4 (en) * | 2004-09-13 | 2010-06-30 | Pall Corp | PRESSURE DETECTION DEVICES AND FLUID ARRANGEMENTS |
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