CN105403244A - 传感器装置、应变传感器装置及压力传感器装置 - Google Patents

传感器装置、应变传感器装置及压力传感器装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105403244A
CN105403244A CN201510547981.6A CN201510547981A CN105403244A CN 105403244 A CN105403244 A CN 105403244A CN 201510547981 A CN201510547981 A CN 201510547981A CN 105403244 A CN105403244 A CN 105403244A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tectosome
strain
test element
measuring object
strain test
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510547981.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105403244B (zh
Inventor
鲛岛健
滨松伸到
吉田隆司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Publication of CN105403244A publication Critical patent/CN105403244A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105403244B publication Critical patent/CN105403244B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/30—Supports specially adapted for an instrument; Supports specially adapted for a set of instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/26—Auxiliary measures taken, or devices used, in connection with the measurement of force, e.g. for preventing influence of transverse components of force, for preventing overload
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0092—Pressure sensor associated with other sensors, e.g. for measuring acceleration or temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/04—Means for compensating for effects of changes of temperature, i.e. other than electric compensation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本发明提供一种传感器装置，其具有：第1构造体，其安装在测定对象物上；第2构造体，其由具有比所述第1构造体小的热膨胀系数的材料形成，底面与所述第1构造体连接；以及检测元件，其与所述第2构造体的上表面连接，对所述第2构造体的位移进行检测。

Description

传感器装置、应变传感器装置及压力传感器装置
技术领域
本发明涉及传感器装置、应变传感器装置及压力传感器装置。
本申请针对在2014年9月4日申请的日本专利申请第2014－180175号而主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
作为对测定对象物的应变进行测定的传感器装置的代表性装置，举出应变规(straingauge)。该应变规大致分为金属应变规和半导体应变规。金属应变规是使用作为各向同性导体的金属箔、细线等的应变规。半导体应变规是利用半导体的压阻效应(半导体的电阻率随应力而变化的效应)的应变规。除此以外，还具有在半导体晶圆上通过MEMS(MicroElectroMechanicalSystems)技术将振动件装入而成的振动式应变规。该振动式应变规具备：振动件、将振动件的两端固定的支撑部、以及用于向支撑部施加应变的基材。通过支撑部的应变，振动件的共振频率变化。振动式应变规通过对振动件的共振频率的变化进行检测而检测应变。
金属应变规的应变率(应变灵敏度系数)大约为1～10左右。与此相对，半导体应变规的应变率为100左右，振动式应变规为1000左右。关于应变灵敏度，与金属应变规相比，半导体应变规较高，振动式应变规更高。因此，在测定微小应变的情况下，与金属应变规相比，大多使用半导体应变规。在测定对象物的应变是由于向测定对象物施加的压力而产生的情况下，上述应变规有时用于对向测定对象物施加的压力进行测定。
上述金属应变规，例如在使用聚酰亚胺等有机类粘接剂而粘贴在测定对象物上的状态下使用。金属应变规的温度误差是由于在金属应变规中使用的各向同性导体的热膨胀系数、和测定对象物的热膨胀系数之间的差而产生的，因此金属应变规为了减小温度误差，使用各向同性导体的热膨胀系数接近测定对象物的热膨胀系数的各向同性导体。
国际公开第2002/035178号公开了半导体应变规的一个例子。日本专利第4511844号公报公开了使用应变规对向测定对象物施加的压力进行测定的一个例子。“应变规的粘接法和防湿处理的一个例子”、[online]、[日本平成26年8月12日检索]、互联网<http://www.kyowa-ei.com/jpn/technical/notes/bonding_procedure/index.html>中，公开了向测定对象物粘接应变规的具体的粘接方法。
如上所述，在使用聚酰亚胺等有机类粘接剂将金属应变规粘贴在测定对象物上的情况下，由于金属应变规的热膨胀系数和测定对象物的热膨胀系数之间的差，会向有机类粘接剂施加应力。如果温度变化反复进行而向有机类粘接剂反复施加应力，则存在下述问题，即，容易发生粘接界面的偏移、剥离，会产生漂移(drift)、迟滞(hysteresis)。近年来，对应变规提出了在数十年的长时间内持续使用的要求。但是，上述漂移、迟滞会使长期使用的金属应变规的测定结果显著地恶化，因此需要设为不使用粘接剂的构造。
另一方面，为了进行高精度的测定而存在下述问题。对测定对象物为钢材、混凝土的情况进行具体说明。为了对钢材、混凝土等所产生的微小的应变进行测定，认为使用与金属应变规相比，应变灵敏度更高的半导体应变规即可。但是，由于半导体应变规、和钢材、混凝土等的热膨胀系数之间的差较大，因此导致温度误差变大。因此，存在无法以高精度对钢材、混凝土等所产生的微小的应变进行测定的问题。
发明内容
一种传感器装置，其具有：第1构造体，其安装在测定对象物上；第2构造体，其由具有比所述第1构造体小的热膨胀系数的材料形成，底面与所述第1构造体连接；以及检测元件，其与所述第2构造体的上表面连接，对所述第2构造体的位移进行检测。
本发明的更多的特征及方式，通过参照附图，根据以下所述的实施方式的详细说明而明确可知。
附图说明
图1A是本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置的俯视图。
图1B是沿图1A中的A－A线的剖面图。
图2A是用于对在本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置的温度上升时所产生的应变进行说明的、传感器装置的俯视图。
图2B是用于对在本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置的温度上升时所产生的应变进行说明的、传感器装置的剖面图。
图3A是表示本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置中的第2构造体的形状和热应变之间的关系的实验结果的图。
图3B是对图3A的实验结果进行了分类的图。
图4A是表示在图3B中比(h/w)大约为10的例子的剖面图。
图4B是表示在图3B中比(h/w)大约为3的例子的剖面图。
图4C是表示在图3B中比(h/w)大约为0.5的例子的剖面图。
图5是用于说明本发明的第1实施方式中的传感器装置的动作的图。
图6是表示本发明的第2实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
图7A是表示本发明的第3实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
图7B是表示本发明的第3实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
图8A是表示本发明的第4实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
图8B是表示本发明的第4实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
图9A是表示本发明的第5实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
图9B是表示本发明的第5实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
图10是表示本发明的第6实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
图11A是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
图11B是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
图11C是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
图11D是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
图11E是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
图11F是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
图12A是表示在第2构造体12的端部12b形成有上表面膜M1的情况下的应变检测元件的连接例的图。
图12B是表示在第2构造体12的端部12b未形成有上表面膜M1的情况下的应变检测元件的连接例的图。
具体实施方式
参照优选的实施方式对本发明的实施方式进行说明。本领域技术人员能够利用本发明的例示实现本实施方式的大量的替代方式，本发明并不限定于在此进行说明的优选的本实施方式。
本发明的1个方式提供能够减小漂移、迟滞并进行高精度的测定的传感器装置、应变传感器装置及压力传感器装置。
下面，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的传感器装置、应变传感器装置及压力传感器装置进行详细说明。在以下参照的附图中，为了容易理解，根据需要将各部件的尺寸适当改变并进行了图示。
〔第1实施方式〕
图1A是本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置的俯视图。图1B是沿图1A中的A－A线的剖面图。如图1A及图1B所示，本实施方式的传感器装置1具有：第1构造体11(第1构造体)、中间构造体12(第2构造体)、及应变检测元件13(检测元件)。传感器装置1安装在测定对象物S上，对测定对象物S的应变进行测定。在本实施方式中，例如，测定对象物S是由不锈钢(SUS：SteelUseStainless)形成的物体。
第1构造体11是俯视观察形状为矩形形状的部件。第1构造体11安装在测定对象物S上，而将传感器装置1固定在测定对象物S上。该第1构造体11由与测定对象物S相同的不锈钢形成。即，第1构造体11由具有与测定对象物S相同(大致相同)的热膨胀系数的材料形成。与测定对象物S接触的第1构造体11的面(底面)在整个面的范围内与测定对象物S接合。其目的在于，在第1构造体11和测定对象物S之间不会产生成为迟滞的原因的摩擦。具体地说，第1构造体11通过焊接、热压接等与测定对象物S接合。
第2构造体12是形成为有底圆筒形状的部件。第2构造体12设置的目的在于，减小漂移、迟滞，并缓和测定对象物S和应变检测元件13之间的热膨胀系数的差，以使得能够以高精度测定微小的应变。该第2构造体12由具有比第1构造体11小的热膨胀系数的材料形成。例如，第2构造体12由氧化铝(AL2O3)、氮化铝(ALN)、碳化硅(SiC)、硅铝氧氮聚合材料(SiALON)、氮化硅(Si3N4)等陶瓷形成。
第2构造体12的未形成为有底的端部12a(底面)与第1构造体11的上表面连接。作为第1构造体11和第2构造体12的连接，能够使用钎焊、无机粘接剂、低熔点玻璃接合、SOG(SpinOnGlass)接合、焊接接合等。该第2构造体12的内径为几毫米左右，在端部12b处形成的上表面膜M1的厚度为几百微米左右。在本实施方式中，第2构造体12的内径为4[mm]，上表面膜M1的厚度为0.2[mm](＝200[μm])。
第2构造体12具有形成为有底的端部12b(上表面)。详细内容进行后述，第2构造体12对形状(侧壁的高度h及厚度w)进行了设计，以使得由于第1构造体11、第2构造体12及应变检测元件13的热膨胀而产生的端部12b处的应变(变形)成为规定的值(例如，零)。其目的在于，尽可能地减小由于测定对象物S和应变检测元件13的热膨胀系数的差而产生的温度误差。
应变检测元件13具有振动式应变规(振动式应变传感器：例如，对在第2构造体12的上表面膜M1的面内相互正交的方向的应变进行测定的2个振动式应变规)。应变检测元件13对由于测定对象物S的应变而产生的第2构造体12的端部12b处的应变进行检测。第2构造体12的端部12b处的应变(变形)是由于第1构造体11和第2构造体12的热膨胀系数的差而产生的。该应变检测元件13与在第2构造体12的端部12b处形成的上表面膜M1连接。应变检测元件13和上表面膜M1的连接能够使用无机粘接剂、低熔点玻璃接合、SOG接合、阳极接合、金属扩散接合、常温直接接合等。在本实施方式中，应变检测元件13的厚度为0.1[mm]。
下面，对第2构造体12的形状(侧壁的高度h及厚度w)的设计方法进行说明。
第2构造体12的形状如前述所示，设计为使得由于第1构造体11、第2构造体12及应变检测元件13的热膨胀而产生的第2构造体12的端部12b处的应变为零(或者，尽可能地减小)。即，以对由于温度变动而在第2构造体12的端部12b处产生的应变进行补偿的方式，对第2构造体12的形状进行设计。
图2A是用于对在本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置的温度上升时所产生的应变进行说明的传感器装置的俯视图。图2B是用于对在本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置的温度上升时所产生的应变进行说明的传感器装置的剖面图。在图2A及图2B中，省略了应变检测元件13的图示。第1构造体11、第2构造体12及应变检测元件13由于分别由不同的材料形成，因此热膨胀系数彼此不同。具体地说，由不锈钢形成的第1构造体11的热膨胀系数α1为16～17[ppm/℃]左右。由陶瓷形成的第2构造体12的热膨胀系数α2为1～7.2[ppm/℃]左右。由半导体(硅)形成的应变检测元件13的热膨胀系数α3为2.46～4[ppm/℃]左右。
如图2A所示，如果传感器装置1的温度上升，则构成传感器装置1的第1构造体11、第2构造体12及应变检测元件13各向同性地膨胀。例如，第1构造体11在图2A中如箭头A1所示，在X方向及Y方向上相同地热膨胀。第2构造体12在图2A中如箭头A2所示，±X方向及±Y方向上相同地热膨胀。第1构造体11与第2构造体12相比热膨胀系数较大，因此第1构造体11与第2构造体12相比进行较大的热膨胀。
第2构造体12的端部12a与第1构造体11的上表面接合，因此在图2B中如箭头A3所示，端部12a受到第1构造体11的热膨胀的影响而与原本相比膨胀得较大。与此相对，第2构造体12的端部12b虽然与应变检测元件13接合，但在图2B中如箭头A4所示，大体上发生与第2构造体12的热膨胀系数α2对应的原本的热膨胀。
在图2B中如箭头A5所示，第2构造体12由于端部12a一方与端部12b相比发生膨胀，而在端部12b的(上表面膜M1)的周围产生弯曲力矩。由此，第2构造体12的上表面膜M1向下方(第1构造体11侧)挠曲。在图2B中如箭头A6所示，产生作用在将端部12b处的第2构造体12(上表面膜M1)的热膨胀抵消的方向上的压缩应变。在第2构造体12中，由于第1构造体11和第2构造体12的热膨胀系数差而产生的、第2构造体12的端部12b处的拉伸应变，和由于第2构造体12的端部12a的变形而在端部12b的接合部产生的压缩应变相互抵消。由此，以使得由于与端部12b接合的应变检测元件13所检测的热膨胀而产生的应变大致为零的方式，对第2构造体12的形状进行设计。
图3A是表示本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置中的第2构造体的形状和热应变之间的关系的实验结果的图。图3B是对图3A的实验结果进行了分类的图。在图3A中，在横轴上取对第2构造体12的形状进行规定的侧壁的高度h和厚度w的比(h/w)，在纵轴上取在使温度从20℃上升至100℃时第2构造体12的端部12b(第2构造体12和应变检测元件13的界面)处所产生的热应变。
在侧壁的高度h和厚度w的比(h/w)不同的几个第2构造体12中，通过一边改变第2构造体12的材质、一边重复进行对使温度从20℃上升至100℃时所产生的热应变进行测定的实验，从而得到图3A所示的实验结果。其中，第2构造体12的厚度w固定为1[mm]。作为第2构造体12的材质而使用以下的材质。在图3A中，为了对在应变检测元件13与第1构造体11直接接合的情况下所产生的热应变进行比较而进行了图示(参照图3A中的Si/SUS)。
·氧化铝(AL2O3)(热膨胀系数：7.2[ppm/℃])
·氮化铝(ALN)(热膨胀系数：4.6[ppm/℃])
·烧结而成的碳化硅(SiC)(热膨胀系数：4.1[ppm/℃])
·硅铝氧氮聚合材料(SiALON)(热膨胀系数：3.2[ppm/℃])
·氮化硅(Si3N4)(热膨胀系数：2.6[ppm/℃])
如果参照图3A的实验结果，则可知，无论第2构造体12的材质如何，对应于第2构造体12的侧壁的高度h和厚度w的比(h/w)，存在以下的倾向。
即，存在下述倾向，即，在比(h/w)为0.1～2左右的情况下，随着比(h/w)变大，热应变逐渐变小。在比(h/w)为2左右的情况下，热应变最小。在比(h/w)为2～10左右的情况下，随着比(h/w)变大，热应变缓慢地变大而收敛于某个值。
在比(h/w)充分小的情况下，第2构造体12的侧壁的刚性高，由第1构造体11产生的热膨胀的影响容易向第2构造体12的端部12b传递。在上述情况下，在第2构造体12的端部12b处产生的热应变，与由于第1构造体11和硅(应变检测元件13)直接接合时的热膨胀系数差所产生的热应变接近。与此相对，在比(h/w)充分大的情况下，第2构造体12的侧壁的刚性低，由第1构造体11产生的热膨胀的影响难以向第2构造体12的端部12b传递。在上述情况下，在第2构造体12的端部12b处产生的热应变，收敛于由于第2构造体12的热膨胀系数和硅(应变检测元件13)的热膨胀系数之间的差而产生的热应变。
图3A的实验结果对应于第2构造体12的热膨胀系数的大小，如图3B所示，分类为3条曲线L1～L3。曲线L1是在第2构造体12由与硅相比热膨胀系数较小的材料(氮化硅(Si3N4)等)形成的情况下的曲线。在曲线L1中，热应变为零的点有1个(零交叉点为1个)。
曲线L2是在第2构造体12由具有与硅相同程度的热膨胀系数的材料(烧结而成的碳化硅(SiC)、硅铝氧氮聚合材料(SiALON)等)形成的情况下的曲线。在曲线L2中，热应变为零的点具有2个(零交叉点为2个)。曲线L3是在第2构造体12由与硅相比热膨胀系数较大的材料(氧化铝(AL2O3、氮化铝(ALN)等)形成的情况下的曲线。在曲线L3中，热应变不为零(不存在零交叉点)。
在第2构造体12由与硅相比热膨胀系数较小的材料形成的情况下，如曲线L1所示，零交叉点为1个。因此，为了使由于第1构造体11、第2构造体12及应变检测元件13的热膨胀而产生的第2构造体12的端部12b处的应变为零，将侧壁的高度h和厚度w的比(h/w)设定为零交叉点的值(图3B中的值R1)。
与此相对，在第2构造体12由具有与硅相同程度的热膨胀系数的材料形成的情况下，如曲线L2所示，零交叉点为2个。因此，如果将第2构造体12的侧壁的高度h和厚度w的比(h/w)设定为2个零交叉点中的某一值，则能够使由于第1构造体11、第2构造体12及应变检测元件13的热膨胀而产生的第2构造体12的端部12b处的应变成为零。但是，对于传感器装置1相对于测定对象物S的应变的灵敏度，由于在比(h/w)较小的情况下较高，因此将侧壁的高度h和厚度w的比(h/w)设定为2个零交叉点的值中的最小的值(图3B中的值R2)。
另一方面，在第2构造体12由与硅相比热膨胀系数较大的材料形成的情况下，如曲线L3所示，零交叉点为0。由此，无法使由于第1构造体11、第2构造体12及应变检测元件13的热膨胀而产生的第2构造体12的端部12b处的应变成为零。因此，将侧壁的高度h和厚度w的比(h/w)设定为使由于第1构造体11、第2构造体12及应变检测元件13的热膨胀而产生的第2构造体12的端部12b处的应变成为最小的值(图3B的值R3)。
如果根据以上内容进行总结，则由于热而产生的应变依赖于第2构造体的比(h/w)和材料这两者。如果使第2构造体的比(h/w)变化，则如图4C、图4B、图4A所示，随着比(h/w)变大，热应变变小，曲线具有最小值，收敛于第2构造体12和应变检测元件13的热膨胀系数差。
另外，如果第2构造体12的热膨胀系数变化，则最小点的比(h/w)不变化，如图3B所示的曲线L1～L3这样，热应变的大小变化。在第2构造体12的热膨胀系数大于应变检测元件13的情况下，如曲线L3所示，没有交点。如果热膨胀系数变小，则如图3B所示的曲线L2这样，最小值与零相交，最终如曲线L1所示，形成1个交点。
下面，对上述结构中的传感器装置1的动作进行简单说明。图5是用于说明本发明的第1实施方式中的传感器装置的动作的图。在图5中如箭头A11所示，向测定对象物S施加X方向的拉伸应力。于是，测定对象物S在X方向上受到拉伸，并且由于泊松效应而在Y方向上施加压缩力，测定对象物S在Y方向上受到压缩。
这样，与测定对象物S接合的第1构造体11、及端部12a与第1构造体11接合的第2构造体12，与测定对象物S同样地在X方向上被拉伸而受到拉伸应力(参照图5中的箭头A12)，并且在Y方向被压缩而受到压缩应力(参照图5中的箭头A13)。如果第2构造体12受到上述的应力，则第2构造体12如图5所示发生变形。由此，与作用于测定对象物S的应力相对应的应变在第2构造体12的端部12b处产生。在第2构造体12的端部12b处产生的应变通过与第2构造体12的端部12b连接的应变检测元件13进行检测。由此，与作用于测定对象物S的应力相对应的应变通过传感器装置1进行检测。
如上所述，本实施方式的传感器装置1具有：第1构造体11、第2构造体12、以及应变检测元件13。第1构造体11安装在测定对象物S上。第2构造体12由具有比第1构造体11小的热膨胀系数的材料形成为筒形状，端部12a与第1构造体11接合。应变检测元件13与第2构造体12的端部12b接合，对第2构造体12的端部12b处的应变进行检测。在所述第1构造体11和第2构造体12的接合、以及所述第2构造体12和应变检测元件13的接合时，由于进行未使用粘接剂的接合，因此，能够减小漂移、迟滞，进行可靠性高的测定。
如果以使由于第1构造体11、第2构造体12及应变检测元件13的热膨胀而产生的第2构造体12的端部12b处的应变成为零的方式，对第2构造体12的侧壁的高度h和厚度w的比(h/w)进行设定，则对由于温度变动而在第2构造体12的端部12b处产生的应变进行补偿。由此，不受温度变动的影响，能够以更高精度对微小的应变进行测定。
〔第2实施方式〕
图6是表示本发明的第2实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。在图6中，对与图1所示的结构相当的结构标注相同的标号。如图6所示，本实施方式的传感器装置2使用螺钉或铆钉等接合部件14而安装在测定对象物S上。
具体地说，本实施方式的传感器装置2具备形成有通孔的第1构造体11，向该通孔中插入接合部件14的轴部。通过将插入该通孔中的接合部件14固定在测定对象物S中所形成的孔部中，从而将传感器装置2安装在测定对象物S上。在接合部件14为螺钉的情况下，通过使接合部件14的前端部与测定对象物S的孔部(螺孔)进行螺合而使传感器装置2固定。在接合部件14为铆钉的情况下，通过对前端部插入测定对象物S的孔部中的接合部件14进行铆接，从而使传感器装置2固定。
在第1构造体11的背面，在形成有通孔的部分处，形成有从第1构造体11的背面凸出的形状的脚部11a。该脚部11a用于减小第1构造体11和测定对象物S之间的摩擦(成为迟滞的原因的摩擦)。因此，第1构造体11在仅脚部11a与测定对象物S接触的状态下与测定对象物S接合。如上所述，在本实施方式中，为了尽可能地减小第1构造体11和测定对象物S之间的摩擦，第1构造体11使用螺钉、铆钉等接合部件14而与测定对象物S接合。第2构造体12的形状(侧壁的高度h及厚度w)通过与第1实施方式相同的设计方法进行设计。
本实施方式的传感器装置2除了第1构造体11使用螺钉、铆钉等接合部件14而与测定对象物S接合这一点以外，与第1实施方式的传感器装置1相同。
因此，在本实施方式中，也能够减小漂移、迟滞并以高精度对微小的应变进行测定。
〔第3实施方式〕
图7A及图7B是表示本发明的第3实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。在图7A及图7B中，对与图1所示的结构相当的结构标注相同的标号。前述的第1、第2实施方式所涉及的传感器装置1、2所具有的第2构造体12的侧壁相对于第1构造体11垂直地进行接合。但是，第3实施方式的传感器装置3所具有的第2构造体12的侧壁以相对于第1构造体11倾斜的状态进行接合。
本实施方式的传感器装置3所具有的第2构造体12形成为，与第1构造体11连接的端部12a的宽度、和与应变检测元件13连接的端部12b的宽度彼此不同。具体地说，图7A所示的第2构造体12形成为，随着高度位置变高，侧壁的内径及外径逐渐变大。与此相对，图7B所示的第2构造体12形成为，随着高度位置变低，侧壁的内径及外径逐渐变大。通过使用上述的第2构造体12，从而能够减小在第1构造体11和第2构造体12之间的界面处产生的应力。
〔第4实施方式〕
图8A及图8B是表示本发明的第4实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。在图8A及图8B中，对与图1所示的结构相当的结构标注相同的标号。前述的第1～第3实施方式所涉及的传感器装置1～3所具有的第2构造体12形成为仅端部12b有底。但是，第4实施方式的传感器装置4所具有的第2构造体12形成为端部12a、12b两者均有底，或者端部12a、12b两者均无底。
具体地说，在图8A所示的第2构造体12中，在端部12b处形成有上表面膜M1，并且在端部12a处形成有底面膜M2。如上所述，形成为端部12a、12b两者均有底。与此相对，图8B所示的第2构造体12形成为上述的上表面膜M1及底面膜M2两者均未形成在端部12a、12b处。由此，形成为端部12a、12b两者均无底。在端部12a、12b两者均有底的情况下，和在端部12a、12b两者均无底的情况下，均能够得到与第1、第2实施方式相同的作用效果。
〔第5实施方式〕
图9A及图9B是表示本发明的第5实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。在图9A及图9B中，对与图1所示的结构相当的结构标注相同的标号。在第1～第4实施方式中，传感器装置1～4在第2构造体12的中空部SP通过第1构造体11形成密闭状态的情况下，如果产生温度变动，则在中空部SP内残留的气体膨胀或收缩，而在第2构造体12处产生应变，会产生测定误差。与此相对，在第5实施方式中，通过形成连通孔H，从而使中空部SP的压力和传感器装置5的外部的压力相等，难以受到大气压、温度的影响。在第5实施方式的传感器装置5中，形成有与中空部SP连通的连通孔H。
具体地说，在图9A所示的传感器装置5中，在第1构造体11的内部形成有与中空部SP连通的连通孔H。与此相对，在图9B所示的传感器装置5中，与中空部SP连通的连通孔H形成为贯穿第1构造体11及测定对象物S。
与中空部SP连通的连通孔H可以形成在第2构造体12中，也可以形成在应变检测元件13中，或者也可以形成在第1构造体11和第2构造体12的接合部分中。
〔第6实施方式〕
图10是表示本发明的第6实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。在图10中，对与图1所示的结构相当的结构标注相同的标号。
图10所示的传感器装置6能够用于流体的压力测定。在该传感器装置6中，第1构造体11利用耦合器Q固定在与构成流体的流路的配管P连接的分支流路的凸缘FL上，流体经由连通孔H导入至中空部SP内。如果通过应变检测元件13对与导入至中空部SP内的流体的压力相对应地在第2构造体12的端部12b处产生的应变进行检测，则能够测定流体的压力。第2构造体12由于通过与第1实施方式相同的设计方法进行设计，因此能够排除流体的配管P所产生的热膨胀的影响。
以上，对本发明的实施方式所涉及的传感器装置进行了说明，但本发明并不受上述实施方式限制，能够在本发明的范围内自由地变更。例如，在上述实施方式中，对第2构造体12形成为有底圆筒形状的例子进行了说明，但第2构造体12的形状及应变检测元件13的形状(俯视观察形状)能够形成为任意的形状。
图11A～F是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。第2构造体12可以如图11A、B所示为圆筒形状，也可以如图11C、D所示为四边筒形状，也可以如图11E、F所示为六边筒形状。第2构造体12可以是圆柱形状、方柱形状、圆锥台形状，棱锥台形状。
并且，应变检测元件13可以如图11A、C、E所示为矩形形状，也可以如图11B、D、F所示为圆形形状。应变检测元件13的俯视观察时的大小是任意的。例如，如图11B、C所示，在应变检测元件13的俯视观察形状与第2构造体12的俯视观察形状相同的情况下，可以使应变检测元件13的大小与第2构造体12相同，也可以小于第2构造体12。
应变检测元件13不一定需要与第2构造体12的端部12b的全部连接，也可以仅与端部12b的一部分连接。图12A是表示在第2构造体12的端部12b形成有上表面膜M1的情况下的应变检测元件的连接例的图。图12B是表示在第2构造体12的端部12b未形成有上表面膜M1的情况下的应变检测元件的连接例的图。
如图12A所示，在第2构造体12的端部12b形成有上表面膜M1的情况下，例如长方形状的应变检测元件13以配置在上表面膜M1的中央部的方式与上表面膜M1连接。如图12B所示，在第2构造体12的端部12b未形成有上表面膜M1的情况下，例如长方形状的应变检测元件13以在应变检测元件13的端部12b处沿径向横跨的方式进行连接。
如上所述，在应变检测元件13仅与第2构造体12的端部12b的一部分连接的情况下，与应变检测元件13和第2构造体12的端部12b的全部连接的情况相比，应变检测元件13容易变形。因此，能够使应变检测元件13的检测灵敏度提高。
在上述实施方式中，对测定对象物S是由不锈钢形成的物体的情况进行了举例说明，但测定对象物S也可以是由混凝土形成的物体。在测定对象物S是由混凝土形成的物体的情况下，第1构造体11也由混凝土形成，将第1构造体11和测定对象物S进行混凝土接合。
在上述实施方式中，对应变检测元件13作为具有振动式应变规的元件而进行了说明，应变检测元件13也可以具有半导体应变规，也可以具有半导体应变规及振动式应变规这两者。
在上述实施方式中，在传感器装置1～6中的任意装置中，对第1构造体11、第2构造体12及应变检测元件13这3个部件进行了接合。但是，也可以在第1构造体11和第2构造体12之间，或者第2构造体12和应变检测元件13之间接合有其他部件。
在本说明书中表示“前、后、上、下、右、左、垂直、水平、下、横、行、列、上及底”等方向的词语，提及了本发明的装置中的这些方向。因此，本发明的说明书中的这些词语在本发明的装置中应相对地进行解释。
“进行构成”这样的词语，为了执行本发明的功能而进行构成，或者为了表示装置的结构、要素、部分而使用。
并且，在权利要求书中作为“方法加功能”而表达表现的词语，是指应该包含为了执行本发明所包含的功能而能够利用的、应该包含所有构造在内的词语。
“单元”这样的词语是用于表示结构要素、单元、硬件、或为了执行所希望的功能而编译出的软件的一部分。硬件的典型例是器件、电路，但并不限定于于此。
以上，对本发明的优选的实施例进行了说明，但本发明并不限定于这些实施例。在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行结构的附加、省略、置换以及其他变更。本发明并不限定于前述的说明，而仅由随附的权利要求书限定。

Claims (20)

1.一种传感器装置，其具有：
第1构造体，其安装在测定对象物上；
第2构造体，其由具有比所述第1构造体小的热膨胀系数的材料形成，底面与所述第1构造体连接；以及
检测元件，其与所述第2构造体的上表面连接，对所述第2构造体的位移进行检测。
2.一种应变传感器装置，其具有：
第1构造体，其安装在测定对象物上；
第2构造体，其由具有比所述第1构造体小的热膨胀系数的材料形成，底面与所述第1构造体环状地连接；以及
应变检测元件，其与所述第2构造体的上表面连接，对所述第2构造体的应变进行检测。
3.根据权利要求2所述的应变传感器装置，其中，
所述第2构造体具有中空部，
所述第2构造体是圆柱、方柱、圆锥台、棱锥台中的任意一种形状。
4.根据权利要求2所述的应变传感器装置，其中，
所述第2构造体的底面和所述第1构造体的连接，是通过钎焊、无机粘接剂、低熔点玻璃接合、SOG接合、焊接接合中的任意一种方式进行接合的。
5.根据权利要求2所述的应变传感器装置，其中，
所述第2构造体的上表面和所述应变检测元件的连接，是通过无机粘接剂、低熔点玻璃接合、SOG接合、阳极接合、金属扩散接合、常温直接接合中的任意一种方式进行接合的。
6.根据权利要求2所述的应变传感器装置，其中，
仅所述第2构造体的上表面的一部分与所述应变检测元件连接。
7.根据权利要求2所述的应变传感器装置，其中，
所述第1构造体具有与所述测定对象物的热膨胀系数等同的热膨胀系数。
8.根据权利要求6所述的应变传感器装置，其中，
所述第1构造体的底面的整个面与所述测定对象物接合。
9.根据权利要求6所述的应变传感器装置，其中，
所述第1构造体具有脚部，该脚部配置在所述第1构造体的与所述测定对象物相对的面上，
该脚部和所述测定对象物接合。
10.根据权利要求2所述的应变传感器装置，其中，
所述应变检测元件具有半导体应变规或振动式应变传感器中的某一个。
11.根据权利要求3所述的应变传感器装置，其中，
所述第1构造体、所述第2构造体或所述应变检测元件中的某一个，具有与所述第2构造体的中空部连通的连通孔。
12.根据权利要求2所述的应变传感器装置，其中，
与所述第1构造体连接的所述第2构造体的底面的宽度、和与所述应变检测元件连接的所述第2构造体的上表面的宽度彼此不同。
13.根据权利要求2所述的应变传感器装置，其中，
所述第1构造体是安装在所述测定对象物上的基座，
所述第2构造体是设置在所述第1构造体和所述应变检测元件之间的第2构造体。
14.一种压力传感器装置，其具有：
第1构造体，其具有与测定流体连通的连通孔；
第2构造体，其由具有比所述第1构造体小的热膨胀系数的材料形成，底面与所述第1构造体环状地连接，该第2构造体具有与所述连通孔连通的中空部；以及
应变检测元件，其与所述第2构造体的上表面连接，对所述第2构造体的应变进行检测。
15.根据权利要求14所述的压力传感器装置，其中，
所述第2构造体是圆柱、方柱、圆锥台、棱锥台中的任意一种形状。
16.根据权利要求14所述的压力传感器装置，其中，
所述第2构造体的底面和所述第1构造体的连接，是通过钎焊、无机粘接剂、低熔点玻璃接合、SOG接合、焊接接合中的任意一种方式进行接合的。
17.根据权利要求14所述的压力传感器装置，其中，
所述第2构造体的上表面和所述应变检测元件的连接，是通过无机粘接剂、低熔点玻璃接合、SOG接合、阳极接合、金属扩散接合、常温直接接合中的任意一种方式进行接合的。
18.根据权利要求14所述的压力传感器装置，其中，
仅所述第2构造体的上表面的一部分与所述应变检测元件连接。
19.根据权利要求14所述的压力传感器装置，其中，
所述应变检测元件具有半导体应变规或振动式应变传感器中的某一个。
20.根据权利要求15所述的压力传感器装置，其中，
所述第1构造体、所述第2构造体或所述应变检测元件中的某一个具有与所述第2构造体的中空部连通的连通孔。
CN201510547981.6A 2014-09-04 2015-08-31 应变传感器装置 Active CN105403244B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014180175A JP6119703B2 (ja) 2014-09-04 2014-09-04 センサ装置、歪センサ装置、及び圧力センサ装置
JP2014-180175 2014-09-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105403244A true CN105403244A (zh) 2016-03-16
CN105403244B CN105403244B (zh) 2019-01-15

Family

ID=54014654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510547981.6A Active CN105403244B (zh) 2014-09-04 2015-08-31 应变传感器装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9891119B2 (zh)
EP (1) EP2993455B1 (zh)
JP (1) JP6119703B2 (zh)
CN (1) CN105403244B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107532896A (zh) * 2015-02-25 2018-01-02 日本碍子株式会社 应变检测用结构体
CN114062135A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 武汉工程大学 高温三轴试验机岩石应变数据修正方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3041431B1 (fr) * 2015-09-17 2019-04-05 Safran Electronics & Defense Capteur de pression, dispositif de mesure et systeme de mesure d'une pression comprenant un tel capteur
US11480481B2 (en) * 2019-03-13 2022-10-25 Bebop Sensors, Inc. Alignment mechanisms sensor systems employing piezoresistive materials
DE102019129411A1 (de) * 2019-09-12 2021-03-18 Wika Alexander Wiegand Se & Co. Kg Aufnehmerkörper mit einem Messelement und Herstellungsverfahren für einen Aufnehmerkörper

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59176639A (ja) * 1983-03-28 1984-10-06 Toshiba Corp 半導体圧力変換器
CN1987390A (zh) * 2005-12-21 2007-06-27 比亚迪股份有限公司 一种压力传感器
WO2008113707A1 (de) * 2007-03-22 2008-09-25 Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg Drucksensor-chip
JP2009264976A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Hitachi Metals Ltd 半導体歪センサー
US20110209553A1 (en) * 2010-02-27 2011-09-01 Codman Neuro Sciences Sarl Apparatus and method for minimizing drift of a piezo-resistive pressure sensors due to progressive release of mechanical stress over time
CN202661202U (zh) * 2012-05-31 2013-01-09 无锡盛迈克传感技术有限公司 金属基体复合陶瓷压力传感器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3102420A (en) * 1960-08-05 1963-09-03 Bell Telephone Labor Inc High strain non-linearity compensation of semiconductive sensing members
JPS54129889A (en) * 1978-03-31 1979-10-08 Hitachi Ltd Strain measuring unit
JPH04290938A (ja) * 1991-03-19 1992-10-15 Mazda Motor Corp 圧力検出装置
US6332359B1 (en) * 1997-04-24 2001-12-25 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor
AU4496200A (en) 1999-04-29 2002-05-06 Board Of Governors For Higher Education, State Of Rhode Island And Providence Plantations, The Self-compensated ceramic strain gage for use at high temperatures
JP4511844B2 (ja) 2004-02-05 2010-07-28 横河電機株式会社 圧力センサ及び圧力センサの製造方法
GB0605273D0 (en) * 2006-03-16 2006-04-26 Council Cent Lab Res Councils Fluid robe
US9035253B2 (en) * 2008-06-27 2015-05-19 Panasonic Intellectual Property Managment Co., Ltd. Infrared sensor element
US8313236B2 (en) * 2009-11-06 2012-11-20 Agilent Technologies, Inc. Thermal conductivity detector
JP6186281B2 (ja) * 2011-12-05 2017-08-23 日本碍子株式会社 赤外線検出素子，赤外線検出モジュール及びその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59176639A (ja) * 1983-03-28 1984-10-06 Toshiba Corp 半導体圧力変換器
CN1987390A (zh) * 2005-12-21 2007-06-27 比亚迪股份有限公司 一种压力传感器
WO2008113707A1 (de) * 2007-03-22 2008-09-25 Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg Drucksensor-chip
JP2009264976A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Hitachi Metals Ltd 半導体歪センサー
US20110209553A1 (en) * 2010-02-27 2011-09-01 Codman Neuro Sciences Sarl Apparatus and method for minimizing drift of a piezo-resistive pressure sensors due to progressive release of mechanical stress over time
US8393222B2 (en) * 2010-02-27 2013-03-12 Codman Neuro Sciences Sárl Apparatus and method for minimizing drift of a piezo-resistive pressure sensor due to progressive release of mechanical stress over time
CN202661202U (zh) * 2012-05-31 2013-01-09 无锡盛迈克传感技术有限公司 金属基体复合陶瓷压力传感器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107532896A (zh) * 2015-02-25 2018-01-02 日本碍子株式会社 应变检测用结构体
CN114062135A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 武汉工程大学 高温三轴试验机岩石应变数据修正方法
CN114062135B (zh) * 2021-11-16 2024-03-26 武汉工程大学 高温三轴试验机岩石应变数据修正方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20160069755A1 (en) 2016-03-10
JP6119703B2 (ja) 2017-04-26
CN105403244B (zh) 2019-01-15
JP2016053541A (ja) 2016-04-14
EP2993455B1 (en) 2020-02-05
US9891119B2 (en) 2018-02-13
EP2993455A1 (en) 2016-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105403244A (zh) 传感器装置、应变传感器装置及压力传感器装置
US10724909B2 (en) Microelectromechanical scalable bulk-type piezoresistive force/pressure sensor
US10175132B2 (en) Pressure sensor, differential pressure sensor, and mass flow rate control device using same
US8091431B2 (en) Pressure sensor
EP3365648B1 (de) Druckmesseinrichtung
JPH11132874A (ja) ロードセル及びロードセルを備える荷重検出装置
US10359330B2 (en) Pressure sensor
CN112888912B (zh) 具有结构化承载件的应变测量结构
JP6581900B2 (ja) 圧力センサ
US6575025B1 (en) Method and apparatus for measuring forces in the presence of external pressure
KR20170119283A (ko) 압력 센서
CN108463704B (zh) 压力传感器
JP2007139799A (ja) 機械的変形量検出センサ
JP5765648B1 (ja) 力覚センサ
JP2009264757A (ja) 管路内流体の圧力計測装置
JP5108289B2 (ja) 変位測定装置用スケール
Langfelder et al. Linearity of piezoresistive nano-gauges for MEMS sensors
JP6579965B2 (ja) 圧力センサ
JP3355341B2 (ja) 半導体圧力センサ
RU2286555C2 (ru) Тензометрический первичный преобразователь давления с компенсацией дрейфа нуля и мембрана для него
JP7255943B1 (ja) 半導体圧力チップセンサ
KR102491804B1 (ko) 베르누이 원리를 적용한 유량센서
JPS62211526A (ja) 曲げモ−メントが生じないように分割された板ばねを有する、力又は圧力を受容するための機構
CN107735660B (zh) 用于检测机械解耦压力的装置
JP2006294892A (ja) 一軸半導体加速度センサ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant