JP2000346736A - Semiconductor-type pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば給湯器や、
設定水位まで自動的に給湯を行う全自動風呂システム等
に用い、各種液体や空気の圧力を検出し信号を出力する
ための半導体式圧力センサに関する。The present invention relates to a water heater, for example,
The present invention relates to a semiconductor type pressure sensor for detecting a pressure of various liquids and air and outputting a signal used in a fully automatic bath system for automatically supplying hot water to a set water level.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、全自動風呂給湯器の浴槽の水位を
検出するため、あるいは全自動洗濯機内の水位を検出す
る等のために、水のヘッド圧を検出する圧力センサが使
用され、そのほか各種の分野で液体や空気の圧力を検出
する圧力センサが用いられている。そのような圧力セン
サとして、半導体を加工して製造した薄膜上に歪ゲージ
を形成し、薄膜に作用する流体の圧力をこの歪ゲージに
より計測して出力する半導体式圧力センサが広く用いら
れるようになっている。2. Description of the Related Art Conventionally, a pressure sensor for detecting a head pressure of water has been used for detecting a water level in a bathtub of a fully automatic bath water heater or for detecting a water level in a fully automatic washing machine. 2. Description of the Related Art In various fields, pressure sensors for detecting the pressure of liquid or air are used. As such a pressure sensor, a semiconductor type pressure sensor which forms a strain gauge on a thin film manufactured by processing a semiconductor and measures and outputs the pressure of a fluid acting on the thin film with the strain gauge has been widely used. Has become.
【０００３】このような半導体式圧力センサとしては、
例えば図８に示すようなものがある。この半導体圧力セ
ンサ６０においては、樹脂等により形成される本体６１
の中心部下方に流体導入口６２を設け、上方にはセンサ
室６３を設けており、流体導入口６２に連通して図中上
方に延びる圧力伝達室６４を形成し、その先端を開口部
によりセンサ室６３に開口させている。センサ室６３に
は、上記開口に対向して中心部に流路６５を形成した台
座６６を設け、台座６６上にその流路６５を封鎖するよ
うに半導体圧力センサチップ６７を接着剤等により密封
状態で固定している。[0003] Such a semiconductor type pressure sensor includes:
For example, there is one as shown in FIG. In the semiconductor pressure sensor 60, a main body 61 made of resin or the like is used.
A fluid introduction port 62 is provided below the center of the sensor, and a sensor chamber 63 is provided above. A pressure transmission chamber 64 communicating with the fluid introduction port 62 and extending upward in the drawing is formed. The sensor chamber 63 is opened. The sensor chamber 63 is provided with a pedestal 66 in which a flow path 65 is formed at the center portion facing the opening, and the semiconductor pressure sensor chip 67 is sealed on the pedestal 66 with an adhesive or the like so as to block the flow path 65. It is fixed in a state.
【０００４】また、前記圧力伝達室６４，台座６６の流
路６５，半導体圧力センサチップ６７の受圧部内には極
軟質のシリコンゲル６８を真空封入法等により充填し収
容している。センサ室６３にはワイヤー基板７０を固定
し、このワイヤ基板７０と半導体圧力センサチップ６７
上に形成される歪ゲージセンサの出力端子とを信号取り
出し用ボンディングワイヤ７１で接続し、その周囲を軟
質絶縁材６９で被覆している。また、センサ室６３の開
口を覆うように回路基板７２を配置し、その上をカバー
７３で押さえることにより固定している。また、カバー
７３上にはコネクター７４を固定している。In the pressure transmitting chamber 64, the flow path 65 of the pedestal 66, and the pressure receiving portion of the semiconductor pressure sensor chip 67, an extremely soft silicon gel 68 is filled and accommodated by a vacuum sealing method or the like. A wire substrate 70 is fixed to the sensor chamber 63, and the wire substrate 70 and the semiconductor pressure sensor chip 67 are fixed.
The output terminal of the strain gauge sensor formed above is connected by a signal extracting bonding wire 71, and the periphery thereof is covered with a soft insulating material 69. Further, a circuit board 72 is disposed so as to cover the opening of the sensor chamber 63, and the circuit board 72 is fixed by pressing the cover with a cover 73. A connector 74 is fixed on the cover 73.
【０００５】上記のような半導体式圧力センサの使用に
際しては、被圧力計測流体を流体導入口６２に導き、圧
力伝達媒体６８と接触させ、被圧力計測流体の圧力変化
を直接圧力伝達媒体６８に伝達させる。圧力伝達媒体６
８の圧力は歪ゲージセンサに伝達され、圧力に応じた信
号を制御装置等に出力している。When the above-mentioned semiconductor type pressure sensor is used, a pressure-measuring fluid is guided to a fluid inlet 62 and is brought into contact with a pressure transmitting medium 68 so that a pressure change of the pressure-measuring fluid is directly applied to the pressure transmitting medium 68. Let them communicate. Pressure transmission medium 6
The pressure of 8 is transmitted to the strain gauge sensor and outputs a signal corresponding to the pressure to a control device or the like.
【０００６】このような半導体式圧力センサにおいて
は、圧力伝達媒体６８から半導体圧力センサチップ６７
の受圧面まで直線状に配置していたため、例えば図示の
ような姿勢で使用しているときには、被圧力計測流体に
大きな脈動を生じた時等、圧力変動の大きいときには、
圧力伝達室から流出して被圧力計測流体と置換してしま
うことがある。In such a semiconductor type pressure sensor, a semiconductor pressure sensor chip 67 is provided from a pressure transmitting medium 68.
Because it was arranged linearly up to the pressure receiving surface, for example, when used in the posture shown in the figure, when a large pulsation occurred in the pressure measurement fluid, such as when the pressure fluctuation is large,
It may flow out of the pressure transmission chamber and be replaced with the pressure measurement fluid.
【０００７】その対策として、例えば図９に示すような
半導体式圧力センサが提案されている。この半導体式圧
力センサ７５においては、圧力伝達路７６を形成した本
体７７の片方側に圧力導入部材８１を固定し、この圧力
導入部材８１には圧力伝達路７６の一方の開口に連通す
る圧力伝達室７８を備えると共に、圧力伝達路７６より
も図中Ｓだけ高い位置に設けた圧力導入路８０を備えて
いる。また、本体７の前記圧力導入部材８１と反対側に
は、前記従来例と同様の半導体圧力センサ８２を固定し
ている。また、前記圧力導入路８０と連通する圧力伝達
室７８，圧力伝達路７６，半導体圧力センサチップ７９
の受圧部内には、シリコンオイル等からなる圧力伝達媒
体８３を収容している。As a countermeasure, for example, a semiconductor pressure sensor as shown in FIG. 9 has been proposed. In this semiconductor pressure sensor 75, a pressure introducing member 81 is fixed to one side of a main body 77 having a pressure transmitting passage 76 formed therein, and a pressure transmitting member 81 communicates with one of the openings of the pressure transmitting passage 76. A chamber 78 is provided, and a pressure introduction passage 80 is provided at a position higher than the pressure transmission passage 76 by S in the figure. A semiconductor pressure sensor 82 similar to the conventional example is fixed to the main body 7 on the side opposite to the pressure introducing member 81. Further, a pressure transmission chamber 78, a pressure transmission path 76, and a semiconductor pressure sensor chip 79 communicating with the pressure introduction path 80 are provided.
A pressure transmitting medium 83 made of silicon oil or the like is accommodated in the pressure receiving portion.
【０００８】上記半導体式圧力センサ７５の使用に際し
ては、被圧力計測流体の圧力を圧力伝達媒体８３に対し
て、圧力導入路８０部分に作用させ、この圧力伝達媒体
８３を介して半導体圧力センサチップ７９に伝達し、被
圧力計測流体の圧力を検出して出力している。When the semiconductor pressure sensor 75 is used, the pressure of the pressure-measuring fluid is applied to the pressure introduction medium 80 against the pressure transmission medium 83, and the semiconductor pressure sensor chip is connected via the pressure transmission medium 83. 79 to detect and output the pressure of the pressure-measuring fluid.
【０００９】このような半導体式圧力センサにおいて
は、圧力伝達路７６よりもＳだけ高い位置に圧力導入路
８０を設けているので、被圧力計測流体が大きく脈動
し、大きな圧力変動を生じた時でも、圧力伝達室７８に
はヘッド差Ｓが存在するので、圧力伝達室７８内の圧力
伝達媒体８３が外に流出することが防止される。In such a semiconductor type pressure sensor, since the pressure introduction path 80 is provided at a position higher than the pressure transmission path 76 by S, the pressure-measured fluid pulsates greatly, causing a large pressure fluctuation. However, since the head difference S exists in the pressure transmission chamber 78, the pressure transmission medium 83 in the pressure transmission chamber 78 is prevented from flowing out.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
９に示す従来の半導体式圧力センサにおいては、上記ヘ
ッド差Ｓにより圧力伝達媒体が抜けにくい構造とするこ
とができるものの、圧力伝達媒体を収容する部分が大き
くなり、高価なフッ素オイル等の圧力伝達媒体の量を多
く必要とし、更に、構造が複雑となって部品点数が増加
し、大型化する等によりコストが上昇する欠点がある。However, in the conventional semiconductor pressure sensor shown in FIG. 9, the pressure transmission medium cannot be easily released due to the head difference S, but the pressure transmission medium is accommodated. There is a drawback that the portion becomes large, a large amount of expensive pressure transmission medium such as fluorine oil is required, and the structure is complicated, the number of parts is increased, and the cost is increased due to an increase in size.
【００１１】また、このような構造にしても、例えば圧
力伝達導入路部分には上記ヘッド差Ｓが作用しないの
で、この部分の圧力伝達媒体は被圧力計側媒体が流出し
やすく、流出した際には、例えばこの半導体圧力センサ
を全自動風呂給湯器等に用いる時には、浴槽内にこのフ
ッ素オイル等の圧力伝達媒体が入り込み、浴槽を汚すこ
とも考えられる。In addition, even with such a structure, since the head difference S does not act on, for example, the pressure transmitting introduction path, the pressure transmitting medium in this part easily flows out of the pressure gauge side medium. For example, when this semiconductor pressure sensor is used in a fully automatic bath water heater or the like, it is conceivable that a pressure transmission medium such as fluorine oil may enter the bathtub and contaminate the bathtub.
【００１２】更に、圧力伝達媒体が抜け出ることにより
半導体圧力センサチップにかかる圧力が変化し、この圧
力に基づいた設定しているオフセット電圧がシフトする
ため、正確な値が検出できなくなるという問題点もあ
る。Further, the pressure applied to the semiconductor pressure sensor chip changes when the pressure transmitting medium escapes, and the offset voltage set based on this pressure shifts, so that an accurate value cannot be detected. is there.
【００１３】また、上記ヘッド差Ｓを維持するために
は、この半導体式圧力センサの種々の機器の配管へ取付
るに際して、図示の姿勢を維持しなければならず、取付
時に新たな規制事項が生じてしまう問題点もある。In order to maintain the head difference S, when mounting the semiconductor type pressure sensor to the piping of various devices, the posture shown in the drawing must be maintained. There are also problems that arise.
【００１４】したがって、本発明は、圧力伝達媒体の使
用量を減少し、部品点数を減少しすることによりコスト
ダウンを計ると共にセンサを小型化し、更にオイル等の
圧力伝達媒体の流出を確実に防止して圧力伝達媒体によ
る被圧力検出流体の汚れを防止し、また、長期間オフセ
ット電圧が変化することがなく、更には機器への取付の
自由度の大きな半導体式圧力センサを提供することを目
的とする。Accordingly, the present invention reduces the amount of pressure transmission medium used, reduces the number of parts, reduces costs, downsizes the sensor, and reliably prevents the pressure transmission medium such as oil from flowing out. The present invention aims to provide a semiconductor pressure sensor that prevents contamination of a pressure-detected fluid by a pressure transmission medium, does not change the offset voltage for a long period of time, and has a large degree of freedom in mounting to a device. And
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、パッケージ本体に半導体式圧力検出素子を
固定し、パッケージ本体に形成した圧力伝達路の一端部
を前記半導体式圧力検出素子の受圧面に対向させると共
に圧力伝達路に流動性充填材を収容し、圧力伝達路の他
端部側で被圧力検出流体と直接接触させる半導体式圧力
センサにおいて、圧力伝達路の内径ｄは下記の式を満た
し、かつ流動性充填材の先端と圧力伝達路の前記他端部
間に使用中の温度差に基づく体積膨張分より大きな空隙
部を備えたことを特徴とする半導体式圧力センサ ｄ≦４σ／ρｇｈ 但し σ：オイル表面張力 ρ：オイル密度 ｇ：重力加速度 ｈ：充填材高さ としたものである。According to the present invention, to solve the above-mentioned problems, a semiconductor type pressure detecting element is fixed to a package body, and one end of a pressure transmission path formed in the package body is connected to the semiconductor type pressure detecting element. In a semiconductor pressure sensor in which a flowable filler is accommodated in a pressure transmission path while being opposed to the pressure receiving surface of the pressure transmission path, and the other end of the pressure transmission path is in direct contact with a pressure-detected fluid, the inner diameter d of the pressure transmission path is as follows. And a gap between the tip of the fluid filler and the other end of the pressure transmission path, the gap being larger than the volume expansion based on the temperature difference during use. ≦ 4σ / ρgh where σ: oil surface tension ρ: oil density g: gravitational acceleration h: filler height
【００１６】また、前記圧力伝達路の内径ｄは前記式を
満たし、０．８ｍｍ以下であり、体積膨張分は前記条件
を満たし、圧力伝達路の全長の９．１％以上としたもの
であり、また、前記半導体式圧力センサの圧力伝達管
を、有底筒状のセンサ収納部内に先端及び周囲に間隙を
設けて収納し、センサ収納部の筒状壁の中間部に圧力導
入口を設けたものである。Also, the inner diameter d of the pressure transmission path satisfies the above equation and is 0.8 mm or less, and the volume expansion satisfies the above condition and is 9.1% or more of the total length of the pressure transmission path. Further, the pressure transmission pipe of the semiconductor type pressure sensor is housed in a bottomed cylindrical sensor housing with a gap provided at the tip and periphery thereof, and a pressure inlet is provided at an intermediate portion of the cylindrical wall of the sensor housing. It is a thing.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に沿っ
て説明する。図１は本発明の半導体式圧力センサ１を示
し、内部に圧力伝達路２を形成した圧力伝達管３を備え
る樹脂製のパッケージ本体４は、前記圧力伝達管３と反
対側に圧力センサ室５を備え、この圧力センサ室５の底
部には、圧力伝達路２が開口する部分に台座載置部６を
形成している。この台座載置部６には前記従来例と同様
に、内部に連通路７を形成した台座８を固定しており、
台座８上には半導体を薄膜状に形成し、その上に歪ゲー
ジを設けた圧力検出素子１０を接着剤等により密封状態
で固定している。圧力検出素子１０には受圧部１１を備
え、圧力伝達管３内の圧力伝達路２，台座８内の連通路
７，及び前記受圧部１１にはフッ素オイル等の流動性充
填材１２が充填されている。圧力検出素子１０の出力端
子は、図示されない導電線によりリード線１３と接続さ
れ、圧力検出素子１０の信号を外部の制御装置等に出力
している。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a semiconductor type pressure sensor 1 of the present invention. A resin package body 4 having a pressure transmission pipe 3 in which a pressure transmission path 2 is formed is provided with a pressure sensor chamber 5 on the opposite side to the pressure transmission pipe 3. In the bottom of the pressure sensor chamber 5, a pedestal mounting portion 6 is formed at a portion where the pressure transmission path 2 is opened. A pedestal 8 having a communication passage 7 formed therein is fixed to the pedestal mounting portion 6 in the same manner as in the conventional example.
On the pedestal 8, a semiconductor is formed in a thin film shape, and a pressure detecting element 10 provided with a strain gauge thereon is fixed in a sealed state with an adhesive or the like. The pressure detecting element 10 includes a pressure receiving portion 11, and the pressure transmitting path 2 in the pressure transmitting pipe 3, the communication path 7 in the pedestal 8, and the pressure receiving portion 11 are filled with a fluid filler 12 such as fluorine oil. ing. An output terminal of the pressure detecting element 10 is connected to a lead wire 13 by a conductive wire (not shown), and outputs a signal of the pressure detecting element 10 to an external control device or the like.
【００１８】前記流動性充填材１２は、フッ素オイルを
前記従来例と同様に真空充填法等により充填しており、
図１に示す実施例においては圧力検出素子の受圧面から
高さｈの位置まで流動性充填材が充填されている。その
結果、圧力伝達管３において、その先端１４からＸの高
さ部分は、流動性充填材が充填されていない無充填部１
５となっている。また、上記圧力伝達路２の直径はφｄ
としている。The fluid filler 12 is filled with fluorine oil by a vacuum filling method or the like in the same manner as in the conventional example.
In the embodiment shown in FIG. 1, a fluid filler is filled from the pressure receiving surface of the pressure detecting element to a position at a height h. As a result, in the pressure transmission pipe 3, the portion of the height X from the tip 14 is the unfilled portion 1 where the fluid filler is not filled.
It is 5. The diameter of the pressure transmission path 2 is φd
And
【００１９】このような構造の半導体式圧力センサ１の
使用に際して、種々の使用形態が考えられるが、例えば
図２に示すような使用形態において、流動性充填材が外
部に流出しない条件を検討する。この図２に示す使用形
態においては、内部に流体が流通する管路本体２４の上
部に、シールリング１６を介して圧力伝達管３が鉛直に
下方を向くように半導体式圧力センサ１が固定され、管
路本体２４内の流体が圧力伝達管３内の流動性充填材１
２に圧力を伝達するように構成したものにおいて、管路
本体２４内を流通する流体が空気の場合の例である。When using the semiconductor type pressure sensor 1 having such a structure, various use forms are conceivable. For example, in the use form shown in FIG. 2, a condition under which the fluid filler does not flow out will be examined. . In the usage mode shown in FIG. 2, the semiconductor pressure sensor 1 is fixed to the upper part of the pipe main body 24 through which the fluid flows so that the pressure transmission pipe 3 is vertically directed downward via the seal ring 16. The fluid in the pipe body 24 is filled with the fluid filler 1 in the pressure transmission pipe 3.
This is an example in which the fluid flowing through the conduit main body 24 is air in a configuration configured to transmit pressure to the pipe 2.
【００２０】この例においては、半導体式圧力センサ１
は、図１に示す姿勢で設置されているので、図１に示す
状態での流動性充填材の力のバランスを検討すると、図
１において、大気圧の大きさに無関係で位置Ａと位置Ｂ
の差圧は高さｈの充填材ヘッド圧分である。この充填材
ヘッド圧が大気圧よりも大きくならなければ、充填材は
移動することができないはずである。しかし、実際は表
面のバランスが崩れると空気が内部に入ってきて、充填
材が外部へ出ることがある。このバランスを維持できる
かできないかは充填材総重量と表面張力との釣り合いに
他ならない。In this example, the semiconductor pressure sensor 1
Is installed in the posture shown in FIG. 1, and when the balance of the force of the flowable filler in the state shown in FIG. 1 is examined, in FIG.
Is the pressure of the filler head at the height h. If the filler head pressure is not greater than atmospheric pressure, the filler will not be able to move. However, in reality, when the surface is out of balance, air may enter inside and the filler may go outside. Whether or not this balance can be maintained is nothing less than a balance between the total filler weight and the surface tension.
【００２１】以下に充填材が外部に出ないための条件式
を示す。 ρｇｈ・πｄ２／４≦σπｄ ・・・・・・（１） ρ：充填材密度 ｇ：重力加速度 ｈ：充填材高さ σ：充填材表面張力The following is a conditional expression for preventing the filler from coming out. ρgh · πd 2/4 ≦ σπd ······ (1) ρ: fillers Density g: gravitational acceleration h: filler height sigma: filler surface tension
【００２２】上記（１）式を整理すると、 ｄ≦４σ／ρｇｈ ・・・・・・・・・・・・・（２） となり、この式に基づいて、ｈ、ｄの値を設計すれば充
填材が外部に出ないことになる。When the above equation (1) is arranged, d ≦ 4σ / ρgh (2) is obtained. If the values of h and d are designed based on this equation, The filler does not go outside.
【００２３】通常用いられる流動性充填材としてのフッ
素オイルを使用した場合は、 ρ：１８４０（ｋｇ／ｍ３） σ：０．０１８（Ｎ／ｍ） であり、通常のフッ素オイル使用量においてｈは０．０
０５（ｍ）であり、また、ｇ＝９．８０６６５（ｍ／ｓ
２）であるから、上記（２）の式より、 ｄ≦０．８（ｍｍ） となる。したがって、通常の使用状態において、最も流
動性充填材の流失しやすい条件でも、圧力伝達路の直径
が０．８ｍｍ以下であるならば、流動性充填材の表面張
力等の作用により外部に流失しないことがわかる。When fluorine oil is used as a commonly used fluid filler, ρ: 1840 (kg / m 3 ) and σ: 0.018 (N / m). Is 0.0
05 (m), and g = 9.80665 (m / s
2 ), d ≦ 0.8 (mm) from the above equation (2). Therefore, in a normal use condition, even under the condition where the flowable filler is most likely to flow off, if the diameter of the pressure transmission path is 0.8 mm or less, it does not flow out due to the surface tension of the flowable filler and the like. You can see that.
【００２４】上記半導体式圧力センサ１を図３に示すよ
うに、その圧力伝達管３が水平方向を向けて設置した場
合について、充填材が外部に流出しない条件は、前記の
ように半導体式圧力センサを鉛直に設置した場合と同様
に考えることができる。ただし、表面張力に対する力と
しての位置Ａと位置Ｂの差圧による力が一様でないた
め、流体力学的な考え方である平均圧力という概念を用
いると、下記の条件式を満たせばよいこととなる。 １／２・ρｇｄ・πｄ２／４≦σπｄ ・・・・・（３） ρ：充填材密度 ｇ：重力加速度 σ：充填材表面張力 上記（３）の式を整理すると、 ｄ２≦８σ／ρｇ ｄ≦（８σ／ρｇ）１／２ ・・・・・・・・・・（４）As shown in FIG. 3, when the pressure transmitting pipe 3 is installed in the horizontal direction as shown in FIG. 3, the condition under which the filler does not flow out is as follows. It can be considered in the same way as when the sensor is installed vertically. However, since the force due to the differential pressure between the position A and the position B as the force with respect to the surface tension is not uniform, if the concept of the average pressure, which is a hydrodynamic concept, is used, the following conditional expression may be satisfied. . 1/2 · ρgd · πd 2/4 ≦ σπd ····· (3) ρ: fillers Density g: gravitational acceleration sigma: Rearranging equation filler surface tension above (3), d 2 ≦ 8σ / ρg d ≦ (8σ / ρg) 1/2 (4)
【００２５】この式に基づいて前記と同様に流動性充填
材としてのフッ素オイルを使用した場合における圧力伝
達路の直径ｄを求めると、 ρ：１８４０（ｋｇ／ｍ３） σ：０．０１８（Ｎ／ｍ） ｇ：９．８０６６５（ｍ／ｓ２） であるから、上記式（４）より、 ｄ≦３（ｍｍ） となる。Based on this equation, the diameter d of the pressure transmission path when fluorine oil is used as the flowable filler is calculated in the same manner as described above. Ρ: 1840 (kg / m 3 ) σ: 0.018 ( N / m) g: 9.80665 (m / s 2 ), so that d ≦ 3 (mm) from the above equation (4).
【００２６】したがって、通常の使用状態においては、
圧力伝達路の直径は３ｍｍ以下であればよいことがわか
る。この値は前記のように半導体式圧力センサを鉛直に
設置した条件で求めた値の０．８ｍｍよりは遥かに大き
な値であり、このことから、少なくとも前記図２に示す
ように、鉛直に設置した条件で求めた圧力伝達路の直径
の条件式（２）を満たし、それにより通常の使用状態で
の圧力伝達路の直径が０．８ｍｍ以下という条件を満足
すれば充分であることがわかる。Therefore, in a normal use state,
It is understood that the diameter of the pressure transmission path should be 3 mm or less. This value is much larger than the value of 0.8 mm obtained under the condition that the semiconductor pressure sensor is installed vertically as described above, and from this, at least as shown in FIG. It can be seen that it is sufficient to satisfy the conditional expression (2) for the diameter of the pressure transmission path obtained under the above conditions, thereby satisfying the condition that the diameter of the pressure transmission path in ordinary use is 0.8 mm or less.
【００２７】上記の各使用条件は、被圧力検出流体が空
気の場合について検討したが、この半導体式圧力センサ
を全自動風呂給湯器等、被圧力検出流体が水であり、例
えば図４に示すように、浴槽に連通する管路３０に対し
て圧力伝達管路を鉛直に設置した条件で、流動性充填材
が流出しない条件を検討する。In each of the above operating conditions, the case where the pressure-detected fluid is air has been studied. This semiconductor type pressure sensor is a fully automatic bath water heater or the like, and the pressure-detected fluid is water. As described above, the condition in which the flowable filler does not flow out under the condition that the pressure transmission pipe is installed vertically with respect to the pipe 30 communicating with the bathtub will be examined.
【００２８】最初、半導体式圧力センサを鉛直に設置し
た場合についてみると、その条件式は前記式（２）と同
一の関係式が成立する。なぜならば、大気圧が無関係で
あり、位置Ｂの圧力は関係ない。また、浮力については
オイルが表面張力とのバランスを崩し、水に進入した瞬
間から初めて発生するので、通常の使用状態では無関係
となる。したがってこの条件における関係式は前記のよ
うに、 ｄ≦４σ／ρｇｈ ・・・・・・・・・・・・・（２） の式が成立する。この関係式において右辺の値は前記の
値と全く同一であり、したがって圧力伝達路の直径ｄ
は、前記被圧力検出流体が空気である場合と同じく、
０．８ｍｍ以下であればよいことがわかる。First, when the semiconductor type pressure sensor is installed vertically, the same conditional expression as the above-mentioned expression (2) holds as the conditional expression. Because the atmospheric pressure is irrelevant, the pressure at position B is irrelevant. In addition, the buoyancy is irrelevant in a normal use state because the buoyancy is generated only from the moment when the oil breaks the balance with the surface tension and enters the water. Therefore, the relational expression under this condition is as follows: d ≦ 4σ / ρgh (2) In this relational expression, the value on the right side is exactly the same as the above value, and therefore the diameter d of the pressure transmission path
Is the same as when the pressure detection fluid is air,
It is understood that it is sufficient that the distance is 0.8 mm or less.
【００２９】なお、充填材の比重量が被圧力検出流体の
液体よりも比重量が小さい場合には、上記式（２）を満
たしていなくても、被圧力検出流体に充填材が浮くた
め、位置Ｂにおいてバランスを崩して一部の流動性充填
材が流出しようとしても、少なくとも浮力により釣り合
うか、浮いて元に戻ることとなる。したがって、流動性
充填材が被圧力検出流体よりも比重量が小さい場合に
は、前記関係式を満たす必要はない。If the specific weight of the filler is smaller than the liquid of the fluid to be subjected to pressure detection, the filler floats in the fluid to be subjected to pressure detection even if the above formula (2) is not satisfied. Even if a part of the flowable filler tries to flow out of balance at the position B, it will be at least balanced by buoyancy or float and return. Therefore, when the fluid filler has a specific weight smaller than the pressure detection fluid, it is not necessary to satisfy the above relational expression.
【００３０】次に、前記半導体式圧力センサの圧力伝達
管を、図５に示すように浴槽と連通する管路３１に対し
て水平に設置した場合について検討すると、水側の圧力
に無関係に、位置Ａと位置Ｂの差圧による力と表面張力
との釣り合いになるため、流動性充填材が流出しない条
件は前記図３に示す状態と全く同様であり、 ｄ≦（８σ／ρｇ）１／２ ・・・・・・・・・・（４） の式が成立する。この関係式においても右辺の値は前記
の値と全く同一であり、したがって圧力伝達路の直径ｄ
は、通常の使用状態においては３ｍｍ以下であればよい
ことがわかる。Next, the case where the pressure transmission pipe of the semiconductor type pressure sensor is installed horizontally with respect to the pipe 31 communicating with the bathtub as shown in FIG. 5 will be examined. Since the force due to the pressure difference between the position A and the position B and the surface tension are balanced, the condition under which the flowable filler does not flow out is exactly the same as the state shown in FIG. 3, and d ≦ (8σ / ρg) 1 / formula 2 ......... (4) is satisfied. Also in this relational expression, the value on the right side is exactly the same as the above value, and therefore, the diameter d of the pressure transmission path
It can be understood that it is sufficient that the thickness is 3 mm or less in a normal use state.
【００３１】一方、上記半導体式圧力センサを実際に使
用した際には、周囲の温度変化の影響を受け、流動性充
填材の体積変化を生じ、例えば流動性充填材が圧力伝達
管の先端まで全て充填されていたならば、温度上昇によ
る体積膨張によって圧力伝達管から必ず流出することと
なる。したがってこのような温度変化に対応できるよう
に、予め圧力伝達管の先端部に流動性充填材が充填され
ていない長さを確保しておく必要がある。On the other hand, when the above-mentioned semiconductor type pressure sensor is actually used, the volume of the fluid filling material changes due to the influence of the surrounding temperature change. For example, the fluid filling material reaches the tip of the pressure transmission pipe. If they are all filled, they will always flow out of the pressure transmission tube due to volume expansion due to temperature rise. Therefore, in order to cope with such a temperature change, it is necessary to secure a length in which the front end portion of the pressure transmission pipe is not filled with the fluid filler in advance.
【００３２】上記のように、圧力伝達管の先端部に流動
性充填材が充填されていない長さを、通常使用される流
動性充填材であるフッ素オイルを例にして体積変化を調
べと、 比重の変化については、 ０℃＝１．９２ ８０℃＝１．７６ である。As described above, the length of the pressure transmitting tube where the tip is not filled with the flowable filler is examined by examining the change in volume using, as an example, a fluorine oil which is a commonly used flowable filler. As for the change in specific gravity, 0 ° C. = 1.92 80 ° C. = 1.76.
【００３３】また、温度変化による体積変化は密度変化
とは異なるので、まず単位質量あたりの体積を求める必
要があり、０℃の密度 ρ０＝１．９２×１０００＝１９２０（ｋｇ／ｍ３） ８０℃の密度 ρ８０＝１．７６×１０００＝１７６０（ｋｇ／ｍ３） ０℃の比体積 ｖ０＝１／ρ０＝１／１９２０（ｍ３／ｋｇ） ８０℃の比体積 ｖ８０＝１／ρ８０＝１／１７６０（ｍ３／ｋｇ）Since the change in volume due to temperature change is different from the change in density, it is necessary to first determine the volume per unit mass, and the density at 0 ° C. ρ 0 = 1.92 × 1000 = 1920 (kg / m 3 ) Density at 80 ° C. ρ 80 = 1.76 × 1000 = 1760 (kg / m 3 ) Specific volume at 0 ° C. v 0 = 1 / ρ 0 = 1/1920 (m 3 / kg) Specific volume at 80 ° C. v 80 = 1 / ρ 80 = 1/1760 (m 3 / kg)
【００３４】ここで質量を一定と考えると、上記のよう
な体積変化が生じるということになる。よって０℃の体
積を基準とした場合、体積増加率は （１／ｖ８０−１／ｖ０）／（１／ｖ８０）×１００＝
（１／１７６０−１／１９２０）／（１／１９２０）×
１００＝９．１(％)Here, assuming that the mass is constant, the above-described volume change occurs. Therefore, based on the volume at 0 ° C., the volume increase rate is (1 / v 80 −1 / v 0 ) / (1 / v 80 ) × 100 =
(1 / 1760-1 / 1920) / (1/1920) ×
100 = 9.1 (%)
【００３５】よって、断面積が一定であれば、通常の使
用状態である０℃〜８０℃の温度変化において軸方向に
距離が９．１％増加するということがわかる。Thus, if the cross-sectional area is constant, it is understood that the distance increases 9.1% in the axial direction at a temperature change of 0 ° C. to 80 ° C., which is a normal use state.
【００３６】以上により、図６に示すように、半導体式
圧力センサ１の圧力伝達管３内の圧力伝達路２におい
て、流動性充填材１２の先端から軸方向に９．１（％）
の部分Ｘを圧力伝達路２の先端部に確保しておけば、流
動性充填材は外部に流出しないこととなる。なお、この
際、上記計算結果により、圧力伝達管路２の直径は０．
８ｍｍ以下である必要がある。As described above, as shown in FIG. 6, in the pressure transmission path 2 in the pressure transmission pipe 3 of the semiconductor type pressure sensor 1, 9.1 (%) in the axial direction from the tip of the flowable filler 12.
If the portion X is secured at the tip of the pressure transmission path 2, the fluid filler does not flow out. Note that, at this time, the diameter of the pressure transmission pipe 2 is set to be equal to 0.
It needs to be 8 mm or less.
【００３７】なお、上記構造の半導体式圧力センサを図
２に示すような、管路本体に対して垂直に取り付けると
きには、例えば図７に示すように本体４に有底筒状のセ
ンサ収納部４０を流路に突出して設け、その内部空間４
１に半導体式圧力センサ１の圧力伝達管３を、先端及び
周囲に間隙を有するように嵌入する。また、センサ収納
部４０の筒壁４２には、底面から離れた上方の位置に圧
力導入孔４３を形成する。したがって、この例において
は、圧力導入口４３が半導体式圧力センサの圧力伝達路
の開放端部となる。内部に充填する流動性充填材１２は
圧力伝達管内を全て満たすと共に、圧力伝達管３の周囲
とセンサ収納部４０の内壁面との間隙部分にも一部充填
される。この時、上記間隙部分に充填される流動性充填
材１２は、流動性充填材の温度変化に基づく上記流出防
止条件を満たす分だけ圧力導入口４２よりも下方である
必要がある。When the semiconductor type pressure sensor having the above structure is mounted vertically to the pipe main body as shown in FIG. 2, for example, as shown in FIG. Is provided to protrude into the flow path, and its internal space 4
The pressure transmission tube 3 of the semiconductor type pressure sensor 1 is fitted into the device 1 so as to have a gap at the tip and the periphery. Further, a pressure introducing hole 43 is formed in the cylindrical wall 42 of the sensor housing 40 at an upper position away from the bottom surface. Therefore, in this example, the pressure inlet 43 is an open end of the pressure transmission path of the semiconductor pressure sensor. The fluid filling material 12 to be filled inside fills the entire pressure transmission pipe, and also partially fills a gap between the periphery of the pressure transmission pipe 3 and the inner wall surface of the sensor housing 40. At this time, the flowable filler 12 to be filled in the gap needs to be lower than the pressure inlet 42 by an amount that satisfies the outflow prevention condition based on a temperature change of the flowable filler.
【００３８】このように構成することにより、充填する
流動性充填材の量は若干増加するものの、被圧力検出流
体の流れの影響を減少させることができ、流動性充填材
の流出を更に防止することができる。With this configuration, although the amount of the fluid filler to be filled is slightly increased, the influence of the flow of the pressure detection fluid can be reduced, and the outflow of the fluid filler is further prevented. be able to.
【００３９】[0039]
【発明の効果】本願の請求項１に係る発明は、圧力伝達
路を必要最小限の長さに設定することができ、それによ
り圧力伝達媒体の使用量を減少することができる。ま
た、特別の部品を用いることがないので部品点数を減少
し、コストダウンを計ると共にセンサを小型化すること
ができる。更にオイル等の圧力伝達媒体の流出を確実に
防止して長期間安定した特性を備えた半導体式圧力セン
サとすると共に、圧力伝達媒体の流出による被圧力計測
が遺体の汚れを防止し、且つ、長期間オフセット電圧を
安定化することができる半導体式圧力センサAccording to the first aspect of the present invention, the pressure transmission path can be set to the minimum necessary length, thereby reducing the amount of the pressure transmission medium used. Further, since no special parts are used, the number of parts can be reduced, the cost can be reduced, and the sensor can be downsized. In addition, the semiconductor pressure sensor having a long-term stable characteristic by reliably preventing the pressure transmission medium such as oil from flowing out, and the measurement of the pressure due to the pressure transmission medium flowing out prevents the body from being stained, and Semiconductor pressure sensor that can stabilize offset voltage for a long time
【００４０】また、請求項２に係る発明は、半導体式圧
力センサの通常の使用状態において、前記効果を奏する
ことができ、更に、請求項３に係る発明は、上記効果に
加えて、被圧力検出流体の流れの影響を減少させること
ができ、流動性充填材の流出をより防止することができ
る。Further, the invention according to claim 2 can exert the above-mentioned effects in a normal use state of the semiconductor type pressure sensor. Further, the invention according to claim 3 further has the above-mentioned effects, The influence of the flow of the detection fluid can be reduced, and the outflow of the fluid filler can be further prevented.
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
【図２】同実施例による半導体式圧力センサを鉛直方向
に空気管路に設置した例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example in which the semiconductor pressure sensor according to the embodiment is installed in an air pipe in a vertical direction.
【図３】同実施例を水平方向に設置した例を示す断面図
である。FIG. 3 is a sectional view showing an example in which the embodiment is installed in a horizontal direction.
【図４】同実施例を鉛直方向に浴槽に連通する管路に設
置した例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example in which the embodiment is installed in a pipeline communicating with a bathtub in a vertical direction.
【図５】同実施例を水平方向に浴槽に連通する管路に設
置した例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example in which the embodiment is installed in a pipeline communicating with a bathtub in a horizontal direction.
【図６】同実施例において流動性充填材が温度差により
膨張する状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a fluid filler expands due to a temperature difference in the example.
【図７】同実施例を鉛直方向に空気管路に設置した他の
例を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing another example in which the embodiment is installed in an air pipe in a vertical direction.
【図８】従来の半導体式圧力センサの断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a conventional semiconductor pressure sensor.
【図９】従来の他の半導体式圧力センサの断面図であ
る。FIG. 9 is a sectional view of another conventional semiconductor pressure sensor.
【符号の説明】 １ 半導体式圧力センサ ２ 圧力伝達路 ３ 圧力伝達管 ４ パッケージ本体 ５ 圧力センサ室 ８ 台座 １０ 圧力検出素子 １２ 流動性充填材[Description of Signs] 1 Semiconductor type pressure sensor 2 Pressure transmission path 3 Pressure transmission pipe 4 Package body 5 Pressure sensor room 8 Pedestal 10 Pressure detection element 12 Fluid filling material
Claims (3)
を固定し、パッケージ本体に形成した圧力伝達路の一端
部を前記半導体式圧力検出素子の受圧面に対向させると
共に圧力伝達路に流動性充填材を収容し、圧力伝達路の
他端部側で被圧力検出流体と直接接触させる半導体式圧
力センサにおいて、圧力伝達路の内径ｄは下記の式を満
たし、かつ流動性充填材の先端と圧力伝達路の前記他端
部間に使用中の温度差に基づく体積膨張分より大きな空
隙部を備えたことを特徴とする半導体式圧力センサ。 ｄ≦４σ／ρｇｈ 但し σ：オイル表面張力 ρ：オイル密度 ｇ：重力加速度 ｈ：充填材高さ1. A semiconductor type pressure sensing element is fixed to a package body, one end of a pressure transmission path formed in the package body is opposed to a pressure receiving surface of the semiconductor type pressure detection element, and a flowable filler is provided in the pressure transmission path. , And the inside diameter d of the pressure transmission path satisfies the following formula, and the pressure transmission path is connected to the front end of the fluid filling material. A semiconductor pressure sensor comprising a gap between the other end of the path and a volume larger than a volume expansion based on a temperature difference during use. d ≦ 4σ / ρgh where σ: oil surface tension ρ: oil density g: gravitational acceleration h: filler height
し、０．８ｍｍ以下であり、体積膨張分は前記条件を満
たし、圧力伝達路の全長の９．１％以上である請求項１
記載の半導体式圧力センサ。2. An inner diameter d of the pressure transmission path satisfies the above expression and is 0.8 mm or less, and a volume expansion satisfies the above condition and is 9.1% or more of the entire length of the pressure transmission path.
A semiconductor pressure sensor as described in the above.
を、有底筒状のセンサ収納部内に先端及び周囲に間隙を
設けて収納し、センサ収納部の筒状壁の中間部に圧力導
入口を設けてなる請求項１記載の半導体式圧力センサ。3. A pressure transmitting pipe of the semiconductor type pressure sensor is housed in a bottomed cylindrical sensor housing with a gap provided at a tip and a periphery thereof, and a pressure introducing port is provided at an intermediate portion of a cylindrical wall of the sensor housing. The semiconductor pressure sensor according to claim 1, further comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15458799A JP2000346736A (en) | 1999-06-02 | 1999-06-02 | Semiconductor-type pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15458799A JP2000346736A (en) | 1999-06-02 | 1999-06-02 | Semiconductor-type pressure sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000346736A true JP2000346736A (en) | 2000-12-15 |
Family
ID=15587465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15458799A Withdrawn JP2000346736A (en) | 1999-06-02 | 1999-06-02 | Semiconductor-type pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000346736A (en) |
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-
1999
- 1999-06-02 JP JP15458799A patent/JP2000346736A/en not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060905 |