JPH11295176A - 差圧センサ - Google Patents
差圧センサInfo
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- JPH11295176A JPH11295176A JP10102846A JP10284698A JPH11295176A JP H11295176 A JPH11295176 A JP H11295176A JP 10102846 A JP10102846 A JP 10102846A JP 10284698 A JP10284698 A JP 10284698A JP H11295176 A JPH11295176 A JP H11295176A
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Abstract
薄型化を促進できる差圧センサを提供すること。 【解決手段】 圧力P1,P2を基板10が設けられた
側とは反対側から第1、第2有効受圧面24,25に作
用させる。このため、第1、第2固定電極12,13お
よび第1、第2可動電極22,23に測定流体が接触せ
ず、第1、第2固定電極12,13および第1、第2可
動電極22,23から出力される電気信号を流体の種類
に関係なく電気的に一様に処理でき、容易に差圧を求め
ることができる。また、各センサ部51,52を同一平
面内に設けたため、差圧センサ1全体の薄型化を図るこ
とができる。
Description
り、例えばダイアフラムの撓み量を歪みゲージの抵抗変
化や、電極間の静電容量の変化に変換することで圧力を
求める差圧センサに関する。
体圧を作用させ、この時のダイアフラムの撓みを電気的
に処理することでその圧力を測定できるようにした圧力
センサが知られている。また、圧力センサの中でも、一
枚のダイアフラムの両側に異なる流体圧を作用させ、そ
の差圧分だけダイアフラムを撓ませたり、あるいは基板
の両側にダイアフラムを設け、各ダイアフラムに異なる
流体圧を作用させてそれらを撓ませるといった構成の差
圧センサが周知である。
構成された従来の差圧センサ100が示されている。こ
の差圧センサ100では、ダイアフラム101の一方の
面に圧力P1が作用し、他方の面に基板102の圧力導
入口103から導かれた圧力P2が作用する。従って、
ダイアフラム101は圧力P1,P2の差圧分だけ撓
み、この撓み量が各電極104,105間の静電容量の
変化として電気的に処理され、あるいはダイアフラム1
01側にのみ電極としての歪みゲージ(106)を設け
る場合には、その撓み量が歪みゲージ(106)の抵抗
変化として電気的に処理され、差圧が求められる。
用いて構成された従来の差圧センサ200が示されてい
る。この差圧センサ200では、一方のダイアフラム2
01に圧力P1が作用し、他方のダイアフラム202に
圧力P2が作用する。また、基板203には各ダイアフ
ラム201、202との間に形成された各空隙を連通さ
せる連通孔204が設けられ、連通した各空隙内には流
体が充填されている。このため、各ダイアフラム20
1,202は圧力P1,P2の差圧分だけ同じ方向に撓
み、それらの撓み量が各電極205,206間の静電容
量の変化、および各電極207,208間の静電容量の
変化等として電気的に処理され、差圧が求められる。な
お、差圧センサ200において、高い測定精度が要求さ
れない場合には、二組の電極のうち一組を省略すること
も考えられる。さらに、このような差圧センサ200で
は、連通孔204を設けず、各空隙を真空にするなどし
て、各ダイアフラム201,202を各圧力P1,P2
に応じた分だけ撓ませ、電気的な処理の過程で差圧を求
めることもある。
すような差圧センサ100では、圧力P2側の測定流体
が空隙内に入り込んで電極104,105間に介在す
る。従って、特に静電容量の変化によって差圧を求めよ
うとすると、測定流体の種類によってその比誘電率が異
なり、これに伴って、出力される電気信号も異なるた
め、測定流体の種類を変える毎にその種類に応じた変換
回路等を用いなければならず、対応に手間がかかるとい
う問題がある。
0においては、空隙内が常に同じ封入物で満たされてい
るから、前述のような問題は生じない。しかし、差圧セ
ンサ200では、基板203の両側にダイアフラム20
1,202が設けられているので、厚さ寸法が大きくな
り、薄型化が難しいという問題がある。さらに、基板2
03の両側にダイアフラム201,202を設けること
で、変換回路用の回路基板209(図13)をセンサ自
身に一体に取り付けることができないため、その設置ス
ペースを別途確保する必要があるなど、構造がより複雑
になって製作が一層難しくなる。
易に対応でき、かつ薄型化を促進できる差圧センサを提
供することにある。
基板と、この基板に対して間隔を空けて弾性変形可能に
対向配置されたダイアフラムとで構成される複数のセン
サ部を備え、ダイアフラムには基板が設けられた側とは
反対側から圧力が作用する有効受圧面を設け、複数のセ
ンサ部のうちの少なくともいずれかのセンサ部において
(全てのセンサ部であってもよい)、基板およびダイア
フラムの各対向面に電極を設けるとともに、それらのセ
ンサ部を圧力の作用方向に対して交差する方向に並設す
ることを特徴とするものである。
サ部への圧力を常に基板が設けられた側とは反対側から
ダイアフラムの有効受圧面に作用させるから、各基板と
ダイアフラムとの各対向面に設けた電極に流体を接触さ
せることなく流体の圧力が測定される。従って、各セン
サ部から出力される電気信号が流体の種類に関係なく一
様に処理されるようになり、差圧が容易に求められるよ
うになる。また、各センサ部を圧力の作用する方向に対
して交差する方向に並設するため、各センサ部を構成す
る基板同士およびダイアフラム同士、ひいては各センサ
部同士を同一平面内に配置可能となり、差圧センサ全体
の薄型化が図られる。
ダイアフラムのうち、少なくともいずれか一方の部材を
一体に設けることが好ましい。
も一対のセンサ部に形成された基板およびダイアフラム
間の空隙同士を連通させ、この連通した各空隙内に絶縁
性流体を充填してもよい。そして、この際、一対のセン
サ部のうちの一方のセンサ部においてのみ、基板および
ダイアフラムの各対向面に電極を設てもよい。
ンサ部でのダイアフラムの有効受圧面の剛性をそれぞれ
異ならせてもよい。また、本発明の差圧センサでは、基
板のダイアフラムと対向する面とは反対の面に、センサ
部から出力される電気信号を圧力値に変換する変換回路
を形成することが望ましい。
に基づいて説明する。 〔第1実施形態〕図1は、本発明の第1実施形態に係る
差圧センサ1を示す分解斜視図、図2は、図1のII−II
線断面図、図3は、図1のIII−III線断面図である。
リコーン、ガラス等からなる絶縁性を有した基板10
と、この基板10の一方の面側に対向配置された弾性変
形可能なダイアフラム20とを備え、このダイアフラム
20は、基板10と同様な材質で一様な厚さに設けられ
ている。また、基板10とダイアフラム20との間には
ガラスフリット等からなる接合部材30が介装されてい
るとともに、この接合部材30によって基板10とダイ
アフラム20とが所定間隔に隔てられ、接合部材30に
設けられた丸孔開口31,32によってそれらの間に空
隙33,34が形成されている。なお、丸孔開口31,
32の径寸法は同じであり、また、本実施形態では、こ
れらによって形成される空隙33,34内を真空とする
ことが好ましい。
坦な対向面11には、空隙33,34に対応した位置
に、金属の蒸着あるいはフォトレジスト法等によってそ
れぞれ同じ大きさとされた第1固定電極12および第2
固定電極13が設けられている。第1,第2固定電極1
2,13の略中央には、基板10の反対側の面と連通し
たスルーホール14,15が設けられ、また、第1,第
2固定電極12,13から外れた位置であって、接合部
材30と重なる位置にも、別のスルーホール16,17
が設けられ、これらのスルーホール14〜17の内壁面
および端部周縁には導電性を有する金属膜が形成されて
いる。
坦な対向面21には、空隙33,34に対応した位置
に、それぞれ同じ大きさとされた第1可動電極22およ
び第2可動電極23が設けられ、これらの第1、第2可
動電極22,23が基板10の第1、第2固定電極1
2,13と対向している。ダイアフラム20の対向面2
1とは反対の面は、空隙33,34と対応した部分がそ
れぞれ同一面積とされた第1有効受圧面24および第2
有効受圧面25となっており(図1、図2中に二点鎖線
で図示)、これらの第1、第2有効受圧面24,25に
基板10とは反対側から圧力P1,P2が作用するよう
になっている。
用する側が本発明の第1センサ部51であるとともに、
圧力P2が作用する側が本発明の第2センサ部52であ
る。そして、第1、第2センサ部51,52の各々は、
共通の基板10およびダイアフラム20を備えた静電容
量型のセンサを構成し、圧力P1,P2が作用する方向
に対して直交する同一面内に並設されている。
り付けられた回路基板40を備えており、この回路基板
40には各センサ部51,52からの電気信号を処理し
て圧力値に変換する変換回路70が設けられている。ま
た、回路基板40は、例えば基板10の各スルーホール
14〜17に挿入されて半田付け等される接合ピン41
を介してその基板10に固定され、これと同時に、変換
回路70が接合ピン41およびスルーホール14,15
を介して第1、第2固定電極12、13と導通し、別の
接合ピン41、スルーホール16,17、および接合部
材30の貫通孔35,36を介して第1、第2可動電極
22,23の各引出部22A、23Aと導通するように
なっている。
17と連通した貫通孔36内には、そのスルーホール1
7の金属膜と第2可動電極23の引出部23Aとを導通
させる導電ペースト37が充填され、これによって第2
可動電極23と変換回路70とを導通させることが可能
になっている。なお、第1可動電極22側も同様であ
る。
P2に応答して第1、第2有効受圧面24,25がそれ
ぞれ撓み、それらの撓みによる第1固定電極12および
第1可動電極22間の静電容量の変化、第2固定電極1
3および第2可動電極23間の静電容量の変化により、
差圧が求められる。
うな効果がある。 1) 差圧センサ1では、圧力P1,P2が基板10が
設けられた側とは反対側からダイアフラム20の第1、
第2有効受圧面24,25に作用するため、基板10と
ダイアフラム20との各対向面11,21に設けられた
第1、第2固定電極12,13および第1、第2可動電
極22,23に測定流体を接触させずに流体圧を測定で
きる。従って、第1、第2有効受圧面24,25の撓み
に応じて出力される第1、第2固定電極12,13およ
び第1、第2可動電極22,23の電気信号を、流体の
種類に関係なく電気的に一様に処理でき、容易に差圧を
求めることができる。
1,P2が作用する方向に対して交差する方向に並設さ
れているので、構造を簡単にして差圧センサ1全体の薄
型化を図ることができるうえ、容易に製作できる。そし
て、基板10が一体ものとされ、さらにはダイアフラム
20も一体ものとされ、これによって基板10およびダ
イアフラム20を各センサ部51,52で共通なものと
されているから、各センサ部51,52でそれらを個別
に設ける場合に比し、部品点数を減らすことができる。
ことにより、第1、第2有効受圧面24,25を同一平
面内に設けて圧力P1,P2を同一方向から作用させる
ことができ、基板10の背面側(ダイアフラム20が設
けられていない側)に回路基板40を取り付けることが
できる。この際、ダイアフラム20が基板10の一方側
にのみ設けられているので、基板10や接合部材30に
スルーホール14〜17および貫通孔35,36を設け
て第1、第2固定電極12,13および第1、第2可動
電極22,23を回路基板40側に容易に引き出すこと
ができ、構造を簡単にできる。このため、差圧センサ1
を安価に製作することが可能である。
実施形態に係る差圧センサ2が示されている。差圧セン
サ2では、第2有効受圧面25の面積が第1有効受圧面
24の面積よりも小さく、その剛性が高められている
点、およびそれに伴って第2固定電極13、第2可動電
極23、空隙34も小さく設けられている点で第1実施
形態の差圧センサ1とは異なる。他の構成は差圧センサ
1と同じである。なお、第1実施形態と同じ構成部材に
は同一符号を付し、それらの説明を省略する。
3)の各効果に加え、以下の効果がある。 4) 第1、第2有効受圧面24、25の面積が相違す
ることでそれらの剛性が異なるため、剛性の大きい第2
有効受圧面25により大きな圧力P2を作用させること
ができ、第1,第2センサ部51,52では、対応でき
る圧力レンジを変えることが可能である。
の第3実施形態に係る差圧センサ3が示されている。差
圧センサ3では、空隙33,34が基板10に設けられ
た溝18および接合部材30に設けられた切欠部38で
連通している点、第1センサ部51にのみ固定電極12
および可動電極22が設けられている点、および連通し
た空隙33,34内に例えばシリコーンオイル等の絶縁
性流体60が充填封入されている点で第1実施形態の差
圧センサ1とは大きく異なる。他の構成は差圧センサ1
とほぼ同じであり、他の構成部材の説明を省略する。な
お、空隙33,34を連通させるのには、溝18または
切欠部38のいずれかを設ければよく、あるいは他の手
段として、接合部材30にパイプ等で埋設してもよく、
任意の構造を適用できる。
3)の各効果に加え、以下の効果がある。 5) 空隙33,34が溝18および切欠部38で連通
し、それらの内部に絶縁性流体60が充填されているか
ら、第1、第2有効受圧面24,25を圧力P1,P2
の差圧分に対応した同じ量だけ撓ませることができる。
従って、第1センサ部51にのみ固定電極12および可
動電極22を設けるだけで差圧を測定でき、構造をより
簡素化して一層安価に製作できる。
の第4実施形態に係る差圧センサ4が示されている。差
圧センサ4では、前述と同様な溝18および切欠部38
が設けられて空隙33,34が連通している点、面積の
小さい第2有効受圧面25を備えた第2センサ部52に
のみ固定電極13および可動電極23が設けられている
点、および空隙33,34内に絶縁性流体60が充填封
入されている点で第2実施形態の差圧センサ2とは異な
る。他の構成は差圧センサ2と同じである。
うに、第2有効受圧面25の剛性が第1有効受圧面24
の剛性に比して大きくなるから、空隙33,34内の絶
縁性流体60が周囲の温度変化によって例えば熱膨張
し、体積が増えると、図8(A)、(B)に示すよう
に、剛性の小さい第1有効受圧面24が第2有効受圧面
25よりも大きく撓むようになる。ここで、有効受圧面
の撓みωは、空隙内の内圧力をP、有効受圧面の半径を
a、ダイアフラムの曲げ剛性に関する定数をDとする
と、以下の式(1)で表される。
径a1を第2有効受圧面25の半径a2の2倍とすれ
ば、第2有効受圧面25の撓みω2は、式(1)から第
1有効受圧面24の撓みω1の2-4倍となり、撓みが著
しく小さくなることがわかる。
5)の効果に加え、以下の効果がある。 6) 第1有効受圧面24の面積を第2有効受圧面25
の面積より大きくし、その剛性を小さくしたので、絶縁
性流体60の温度変化に伴う体積変化を剛性の小さい第
1有効受圧面24側で吸収することができる。このた
め、第2有効受圧面25と同じ面積の有効受圧面を二つ
設けた場合に比べ、第2有効受圧面25の撓みが24/
2となり、よって、第2センサ部52側にのみ固定電極
13および可動電極23を設ければ、温度係数も24/
2に改善され、より精度の高い差圧センサを得ることが
できる。
実施形態に係る差圧センサ5が示されている。差圧セン
サ5では、基板10の背面側にスクリーン印刷等によっ
て回路パターンや絶縁膜が形成されており、この回路パ
ターンにIC、コンデンサ、抵抗等の種々の電子回路部
品が実装され、これらによって前述の変換回路70が形
成されているつまり、この点において差圧センサ5は第
1実施形態の差圧センサ1と異なり、前記1)〜3)の
効果の他、以下の効果を奏する。 7)差圧センサ5では、変換回路70が基板10の背面
に直に設けられているため、前述来の回路基板40を不
要にでき、部品点数をより減らすことができる。
るものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等
を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態では、基板10とダイアフラム
20とを丸孔開口31,32を備えた接合部材30で接
合することで空隙33,34が形成されていたが、基板
およびダイアフラムのいずれか一方、あるいは両方に凹
部を設ることで空隙を設けてもよい。このような場合に
は、基板とダイアフラムとを例えば鑞付けによって直に
接合でき、所定の厚さ寸法の接合部材を省くことができ
る。
ラム20,および接合部材30が平面矩形状であった
が、それらの形状は、例えば第1、第2有効受圧面2
4,25の形状に応じたひょうたん形(めがね形)であ
ってもよく、加工性や材質等を勘案して任意に決められ
てよい。
有効受圧面24,25の面積を変えることによってそれ
らの剛性を変えていたが、剛性を変える方法としては、
これに限定されるものではなく、例えば図10に示すよ
うに、形状の異なる有効受圧面24,25を設けること
で剛性を変えたり、図11に示すように、有効受圧面2
4,25(ダイアフラム20)の厚さ寸法を変えること
で剛性を変えてもよく、その実施にあたって適宜な方法
を適用できる。なお、厚さ寸法によって剛性を変える場
合には、電極の形状や接合部材の開口形状を変える必要
がなく、他の差圧センサと部材を共用できるというメリ
ットがある。
サ1において、各空隙33,34を連通させて絶縁性流
体を充填するか、あるいは第3実施形態で説明した差圧
センサ3において、第2センサ部52にも電極を設ける
かしてもよい。このような場合には、同じ量だけ撓む第
1,第2有効受圧面24,25の両方で静電容量の変化
を検出するため、静電容量の変化を周知の補正式等を用
いて演算すれば、出力される圧力値の直線性誤差、温度
特性、経時変化などによる誤差を補正できる。
電容量型であったが、本発明に係る差圧センサとして
は、歪みゲージの抵抗変化によって圧力測定を行うもの
であってもよい。さらに、前記各実施形態の差圧センサ
1〜5では、基板10およびダイアフラム20が第1,
第2センサ部51,52で共通とされた一体ものであっ
たが、基板やダイアフラムを二枚ずつ用い、それらを一
枚のベース部材上に並設して一対のセンサ部を設けた場
合等でも本発明に含まれる。要するに、各センサ部が同
一平面で並設されるように構成されていればよい。
対設けられていたが、三つ以上並設されていてもよく、
センサ部の数は、差圧センサの使用目的等を勘案して任
意に決められてよい。
種類の異なる流体にも容易に対応でき、かつ薄型化を促
進できるという効果がある。
分解斜視図である。
分解斜視図である。
分解斜視図である。
分解斜視図である。
図である。
断面図である。
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 基板と、この基板に対して間隔を空けて
弾性変形可能に対向配置されたダイアフラムとで構成さ
れる複数のセンサ部を備え、前記ダイアフラムには前記
基板が設けられた側とは反対側から圧力が作用する有効
受圧面が設けられ、前記複数のセンサ部のうちの少なく
ともいずれかのセンサ部には前記基板および前記ダイア
フラムの各対向面に電極が設けられ、前記各センサ部が
前記圧力の作用方向に対して交差する方向に並設されて
いることを特徴とする差圧センサ。 - 【請求項2】 請求項1に記載の差圧センサにおいて、
前記各センサ部を構成する前記基板および前記ダイアフ
ラムのうち、少なくともいずれか一方の部材が一体に設
けられていることを特徴とする差圧センサ。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の差圧セ
ンサにおいて、前記複数のセンサ部うちの少なくとも一
対のセンサ部に形成された前記基板および前記ダイアフ
ラム間の空隙同士が連通し、この連通した各空隙内には
絶縁性流体が充填されていることを特徴とする差圧セン
サ。 - 【請求項4】 請求項3に記載の差圧センサにおいて、
前記一対のセンサ部のうちの一方のセンサ部にのみ、前
記基板および前記ダイアフラムの各対向面に電極が設け
られていることを特徴とする差圧センサ。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の差圧セ
ンサにおいて、前記各センサ部では前記ダイアフラムの
有効受圧面の剛性がそれぞれ異なることを特徴とする差
圧センサ。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載の差圧セ
ンサにおいて、前記基板の前記ダイアフラムと対向する
面とは反対の面には前記センサ部から出力される電気信
号を圧力値に変換する変換回路が形成されていることを
特徴とする差圧センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10102846A JPH11295176A (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 差圧センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10102846A JPH11295176A (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 差圧センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11295176A true JPH11295176A (ja) | 1999-10-29 |
Family
ID=14338325
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10102846A Pending JPH11295176A (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 差圧センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH11295176A (ja) |
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