JP2006514265A - 圧力センサハウジングおよびアセンブリ - Google Patents

Abstract

圧力センサハウジングおよびアセンブリが開示されている。圧力センサは、１つの一体型ハウジングを備えるマニホルドおよびヘッダを有してもよい。一体型ハウジングは、細長いチューブと連絡している圧力取入口を有する。一体型ハウジングはまた、圧力取入口を通って圧力入力信号を受けるために細長いチューブと結合された感知ダイを有してもよい。感知ダイは、加えられた圧力を検知し、加えられた圧力から電気信号を誘導してもよい。

Description

本発明は、一般にセンサ、より具体的には圧力センサハウジングおよびアセンブリに関する。

圧力測定は、一般にプロセス制御産業（たとえば、製紙業、石油精製業、化学薬品製造業など）、車両（たとえば、エンジンの油圧系）、航空機製造、ユーティリティおよび暖房、およびその他の産業で行われる。圧力測定は通常、絶対測定、ゲージ測定、または示差測定として行われる。絶対圧力センサは、真空に対する圧力を測定し、ゲージセンサ測定は、大気圧に対する圧力を測定し、示差センサ測定は、２つの入力値間の圧力差を測定する。

圧力センサは、示差、ゲージおよび絶対圧力測定におそらく対処するための「チューブ上流（up-the-tube）」圧力取入口設計を組み込んでもよい。チューブ上流圧力センサは、センサの構成要素に損傷を与えることなく、圧力を測定することができる。たとえば、チューブ上流圧力測定は、流体が、感知ダイの電子部品と接触することを防止する。典型的なチューブ上流圧力センサは、マニホルドと（レーザー溶接点を介して）接続されたガラスヘッダを有する。また、プリント回路板が、可撓性のプリント回路板接合部（すなわち、フレックステープ）を使用してガラスヘッダに直立して接続されている。このようにして圧力センサを製造することは、レーザー溶接部およびフレックステープ接続部の両方が回路基板上を使用するため、ヘッダのレーザー溶接およびヘッダのフレックステープ接続による回路基板上の空間の量を低減させる。

また、既存のチューブ上流圧力センサは、圧力入力および電気出力が反対方向に流れるように構成され、センサの入力と出力の間の干渉を生じさせる。

結果として、既存のチューブ上流圧力センサは、製造および性能要求を満たすことができず、したがって、このような既存の困難および問題点なしで製造される圧力センサが望まれる。

例示的な実施形態によると、一体型ハウジングの表面を通って画定された圧力取入口を備える一体型ハウジングが提供される。前記ハウジングはまた、前記一体型ハウジングの内部に配置された細長いチューブを有する。前記細長いチューブは、第１の端部と第２の端部を有する。前記第１の端部は、前記圧力取入口と圧力的に連絡している。前記ハウジングはまた、前記圧力取入口に存在する圧力が、感知ダイによって測定可能であるように、前記細長いチューブの前記第２の端部に取り付けられた感知ダイを有する。

別の実施形態では、第１の端部と第２の端部を有する圧力センサアセンブリが提供される。前記第１の端部は、細長いチューブを備える圧力取入口を備える表面を有する。前記アセンブリはまた、圧力感知表面を備える感知ダイを有する。前記感知ダイは、細長いチューブに結合され、圧力感知表面が前記圧力取入口を備える前記ハウジングの表面とほぼ垂直であるように装着されている。前記アセンブリはまた、前記圧力取入口を備える前記ハウジングの表面とほぼ垂直であるように前記一体型ハウジングの第２の端部に結合された回路基板を備える。

さらに別の実施形態では、一体型ハウジングの表面を通って画定された圧力取入口を備える一体型ハウジングを有するチューブ上流センサが提供される。前記ハウジングはまた、前記一体型ハウジング内に配置された感知ダイを有する。前記感知ダイは、前記圧力取入口と圧力的に連絡している。前記ハウジングは、前記一体型ハウジング内に配置された細長いパイレックス（登録商標）チューブをさらに有する。前記細長いパイレックス（登録商標）チューブは、前記圧力取入口と圧力的に連絡している。

本発明のこれらならびにその他の特徴および利点は、添付の図面を適切に参照して以下の詳細な説明を読むことによって、当業者に明らかになるであろう。
同じ符号を有する要素が、全体を通して類似の要素を表す添付の図面を参照する。

例示的な実施形態では、チューブ上流圧力センサアセンブリが示されている。アセンブリは、回路基板と接続されたマニホルドおよびヘッダを備える一体型ハウジングを有してもよい。一体型ハウジングは、既存の圧力センサアセンブリと比較して回路基板の空間を増加させるために、既存のチューブ上流圧力センサのようにフレックステープ接合部またはレーザー溶接点接合部がなくてもよい。チューブ上流センサはまた、プロセス流体入力信号から感知ダイの電子部品側を絶縁する。したがって、プロセス流体入力信号は、このような構成を使用する電気出力信号と干渉しない。

図１を参照すると、圧力センサアセンブリ１００の一実施形態が示されている。圧力センサアセンブリ１００は、プリント回路板１０２と、マニホルド１０４と、ヘッダ１０６とを有する。マニホルド１０４およびヘッダ１０６は、１つの一体型圧力センサハウジング１０８を備えてもよい。別の実施形態では、マニホルド１０４およびヘッダ１０６は、一体型ハウジング１０８を形成するために互いに装着または溶接された別個の部片であってもよい。プリント回路板１０２は、ねじ１１０（ａ〜ｂ）またはそれと等価なものを使用して一体型ハウジング１０８に装着されてもよい。一体型ハウジング１０８は、その表面１１４が、圧力信号が測定されることを許す開口部を有する基部１１２を有する（開口部は、例示を簡単にするために図１に示されていない）。一体型ハウジング１０８はまた、プリント回路板１０２を通過するリード線（図１では図示せず）を有する。はんだ接点１１６が、リード線をプリント回路板１０２と導電可能に結合する。プリント回路板１０２は、それが、基部１１２の表面１１４と垂直であるように（すなわち、一体型ハウジング１０８に対して直立した位置で）一体型ハウジング１０８に装着されてもよい。

一体型ハウジング１０８の基部１１２は、一体型ハウジング１０８がいかなるほぼ平面状の表面とも装着されることを可能にするほぼ平面状の装着表面であってもよい。一体型ハウジング１０８は、ステンレス鋼材料を備えてもよいが、他の材料も可能である。

圧力センサアセンブリ１００は、マニホルド１０４とほぼ垂直に配置されたヘッダ１０６を備える。ヘッダ１０６およびマニホルド１０４を１つの一体型ハウジング１０８に一体化させて、ヘッダ１０６をマニホルド１０４から約９０°回転させることによって、アセンブリおよび部品のいくつかの利点が、実現されることができる。たとえば、ヘッダ１０６およびマニホルド１０４を一体化させることは、ヘッダ１０６およびマニホルド１０４を互いに装着することをなくし、このことは、製造ステップ、およびレーザー溶接接合部などの追加の部品をなくす。また、ヘッダ１０６をマニホルド１０４とほぼ垂直になるように回転させることは、プリント回路板１０２がヘッダ１０６に直接はんだ付けされることを可能にし、このことは、別個のフレックステープ接続部または相補的なコネクタなどの追加の製造および処理ステップを除去する。また、プリント回路板１０２の面積の増加が、圧力センサアセンブリ１００の形状のため使用可能である。

図２を参照すると、図１の圧力センサアセンブリ１００のためのカバー２００が示されている。カバー２００は、鋼、金属、セラミックなどから成り、圧力センサアセンブリ１００を厳しい環境から保護することができる。カバー２００は、プリント回路板１０２および一体型ハウジング１０８を閉じて保護するためにそれらを覆って滑動してもよい。カバー２００は、摩擦嵌め、スナップ嵌め、ねじまたはその他の手段によって一体型ハウジング１０８の基部１１２で圧力センサアセンブリ１００に取り付けられてもよい。カバー２００を使用する圧力センサアセンブリ１００の閉鎖は、圧力センサアセンブリ１００のための密封パッケージを提供する。密封パッケージは、圧力センサアセンブリ１００のプリント回路板１０２またはその他の電子部品への湿気または湿り気の影響を低減させてもよい。

図３Ａは、一体型ハウジング１０８の前部等角図を示している。図３Ｂは、一体型ハウジング１０８の後部等角図を示している。図３Ｂに示すように、ヘッダ１０６は、プリント回路板１０２に取り付けるためのピン３００を備える。ピン３００は、プリント回路板１０２の対応する開口部内に配置されており、プリント回路板１０２にはんだ付けされてもよい。ピン３００は、小さな電線であってもよい。図示を簡単にするために７本だけのピン３００が図３Ｂに示されているが、いかなる所望の数のピンが使用されてもよい。また、ピン３００は、プリント回路板１０２の所望の装着に応じてヘッダ１０６上の異なる位置に構成または配置されてもよい。

図３Ｃは、一体型ハウジング１０８の断面図である。一体型ハウジング１０８は、感知ダイ３０２と、細長いチューブ３０４と、基部１１２内の圧力取入口３０６と、複数の接続リード線３０８とを有してもよい。細長いチューブ３０４は、一体型ハウジング１０８の空洞３１０内に配置されている。細長いチューブ３０４は、両端に開口部を備える円筒形のチューブであってもよいが、他の形状も可能である。細長いチューブ３０４は、圧力取入口３０６を備える一体型ハウジング１０８に対して斜めに装着されてもよい。たとえば、図３Ｃに示すように、細長いチューブ３０４の円筒形の部分は、一体型ハウジング１０８の基部１１２に対して平行に配置される。しかし、細長いチューブ３０４は、同じように他の配置で装着されてもよい。細長いチューブ３０４は、空洞３１０内にエポキシ樹脂で接着されてもよい、またはその位置にはんだ付けされてもよい。

細長いチューブ３０４の一方の端部３１２は、圧力取入口３０６と連絡している。感知ダイ３０２が、細長いチューブ３０４の他方の端部３１４に接続されている。感知ダイ３０２は、表面３１６で圧力を感知し、圧力に比例する電気信号を作成する。感知ダイ３０２に加えられた入力圧力が、圧力取入口３０６を通って、および細長いチューブ３０４を通って送信され、そこで、感知ダイ３０２の表面３１６に到達する。入力圧力は、液体または気体によって加えられてもよい。

感知ダイ３０２は、ダイヤフラムに接合された、またはダイヤフラム内に分散された歪ゲージを備える、抵抗要素として機能する可撓性のダイヤフラムを備えてもよい。圧力に誘導された歪の下で、歪ゲージの抵抗値は変化し、この抵抗値の変化が、適切な回路を使用して、入力圧力に比例する電気出力に変換されることができる。感知ダイ３０２はまた、圧力ダイヤフラムがコンデンサの１つの板であり、その値が圧力に誘導される偏移のために変化する容量型センサを備えてもよい。感知ダイ３０２はまた、圧電抵抗型圧力センサ、またはシリコンセルであってもよい。圧電抵抗型圧力センサは、感知ダイ上に分散された圧電抵抗型歪ゲージを備えるダイヤフラムを有する。圧電抵抗型歪ゲージ上で電圧を測定することによって、ダイヤフラムに加えられる圧力が決定される。感知ダイの他の変形形態も同様に可能である。

感知ダイ３０２は、ダイヤフラムの２つの側面の間の圧力差を全体として測定する。感知ダイ３０２は、必要に応じて、絶対圧力、示差圧力またはゲージ圧力を測定することができる。

細長いチューブ３０４は、感知ダイ３０２の熱膨張係数とおよそ同じである熱膨張係数を有するパイレックス（登録商標）またはその他の材料から成ってもよい。このことは、異なる熱膨張係数を有する感知ダイ３０２と細長いチューブ３０４のための材料を使用することによって生じる信号出力での温度に誘導される変動を減少および／または防止する。たとえば、感知ダイ３０２は、細長いチューブ３０４に堅固に取り付けられてもよく、圧力測定での温度に誘導される誤差が、熱膨張係数の不均衡のため生じるかもしれない。

接続リード線３０８が、感知ダイ３０２からピン３００へ延びている。接続リード線３０８は、感知ダイ３０２にワイヤ接合されている、または他の手段を通して接続されている、またはピン３００にはんだ付けされている。

図４は、カバー２００が取り付けられている図１の圧力センサアセンブリ１００の断面図である。一体型ハウジング１０８の表面１１４およびカバー２００が、密封部４００を形成している。図示のように、感知ダイ３０２の表面３１６は、プリント回路板１０２とほぼ平行であり、また、一体型ハウジング１０８の表面１１４とほぼ垂直である。また、表面１１４は、プリント回路板１０２の表面４０２にほぼ垂直である。ここに記載した要素間の垂直または平行な関係は、本発明のすべての実施形態に対しては重要ではないが、他の構成が、本発明の利点を達成してもよい。

図４はまた、プリント回路板１０２の出力ポート４０４を示している。出力ポート４０４は、一体型ハウジング１０８の反対側のプリント回路板１０２の端部４０６と導電的に結合されている。しかし、出力ポート４０４は、圧力センサアセンブリ１００上のいずれの場所にあってもよい。

図１〜４に示した圧力センサアセンブリ１００および本明細書に記載したその他の構成は、ただ例の目的で述べられており、他の構成および要素が代わりに使用されることができ、いくつかの要素は完全に省略されてもよいことを理解されたい。たとえば、圧力センサアセンブリ１００で使用するための材料の選択は、高圧力、高温またはその他の環境条件に耐えるように選択される。

図１〜４に示した圧力センサアセンブリ１００は、チューブ上流圧力センサアセンブリとして採用されることができる。しかし、圧力センサアセンブリ１００が、他の圧力センサ技術に従って使用されてもよいことは、当業者なら理解されよう。

本発明に関係する当業者は、本発明の精神および特徴を逸脱せずに本発明の原理を採用する他の実施形態の結果となる修正を行ってもよい。したがって、ここに記載した実施形態は、すべての点で例示的なものに過ぎず、限定されるものではない、また、したがって本発明の範囲は、以下の説明によってではなく、頭記の特許請求の範囲によって示される。したがって、本発明は、特定の実施形態に関して説明され、当業者に明らかな修正は、本発明の範囲内にある。他の実施例も同様に可能である。

圧力センサアセンブリの一実施形態の背面図である。 図１の圧力センサアセンブリのためのカバーを示す図である。 図１の圧力センサアセンブリの一部の前部等角図である。 図１の圧力センサアセンブリの一部の後部等角図である。 図１の圧力センサアセンブリの一部の断面図である。 図１の圧力センサアセンブリ、および図２のカバーの一部の断面図である。

Claims (20)

1. 一体型ハウジングと、
   前記一体型ハウジングの表面を通って画定された圧力取入口と、
   前記一体型ハウジングの内部に配置され、第１の端部と第２の端部を有し、前記第１の端部が、前記圧力取入口と圧力的に連絡している細長いチューブと、
   前記圧力取入口に存在する圧力が感知ダイによって測定可能である前記細長いチューブの前記第２の端部に取り付けられた感知ダイとを備える圧力センサ。
2. 前記一体型ハウジングが、マニホルドおよびヘッダを備える請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記細長いチューブが、感知ダイとほぼ同じ熱膨張係数を有する材料を備える請求項１に記載の圧力センサ。
4. 前記感知ダイが圧力感受性の表面を有し、前記感知ダイが、前記圧力感受性の表面が、前記圧力取入口がそれを通って画定されている表面に対して垂直であるように前記細長いチューブの第２の端部に取り付けられている請求項１に記載の圧力センサ。
5. 前記一体型ハウジングに密封取り付けされているカバーをさらに備える請求項１に記載の圧力センサ。
6. 前記細長いチューブが、低い熱膨張係数を有する請求項１に記載の圧力センサ。
7. 前記細長いチューブが、前記一体型ハウジング内に斜めに配置されている請求項１に記載の圧力センサ。
8. 前記細長いチューブが、円筒形である請求項１に記載の圧力センサ。
9. 前記細長いチューブが、パイレックスチューブである請求項１に記載の圧力センサ。
10. 前記圧力取入口がそれを通って画定されている前記一体型ハウジングの表面が、ほぼ平らな装着表面である請求項１に記載の圧力センサ。
11. 前記細長いチューブが、前記平らな装着表面とほぼ平行に配置されている請求項１０に記載の圧力センサ。
12. 第１の端部と第２の端部を有し、前記第１の端部が圧力取入口を備える表面を有し、前記圧力取入口が細長いチューブを備える一体型ハウジングと、
    細長いチューブに結合され、圧力感知表面が前記圧力取入口を備える前記ハウジングの表面とほぼ垂直であるように装着されている圧力感知表面を有する感知ダイと
    回路基板が、前記圧力取入口を備える前記ハウジングの表面とほぼ垂直であるように前記一体型ハウジングの第２の端部に結合された回路基板とを備える、圧力センサアセンブリ。
13. 前記感知ダイが、前記細長いチューブとほぼ同じ熱膨張係数を有する請求項１２に記載の圧力センサアセンブリ。
14. 前記感知ダイが、前記圧力取入口を通って圧力を検知する請求項１２に記載の圧力センサアセンブリ。
15. 前記細長いチューブが、パイレックスチューブである請求項１２に記載の圧力センサアセンブリ。
16. 前記回路基板を前記感知ダイと電気的に結合する複数のリード線をさらに備える請求項１２に記載の圧力センサアセンブリ。
17. 前記一体型ハウジングに密封取り付けされているカバーをさらに備える請求項１２に記載の圧力センサアセンブリ。
18. 一体型ハウジングの表面を通って画定された圧力取入口と、
    前記一体型ハウジング内に配置され、前記圧力取入口と圧力的に連絡している感知ダイと、
    前記一体型ハウジング内に配置され、前記圧力取入口と圧力的に連絡している細長いパイレックスチューブとを
    有する一体型ハウジングを備える、チューブ上流圧力センサ。
19. 前記感知ダイが、前記細長いパイレックスチューブとほぼ同じ熱膨張係数を有する材料を備える請求項１８に記載のチューブ上流圧力センサ。
20. 前記一体型ハウジングが、ヘッダおよびマニホルドを備える請求項１８に記載のチューブ上流圧力センサ。

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