CN107110727B - 压力传感器和差压传感器以及使用它们的质量流量控制装置 - Google Patents

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Abstract

即使在膜片采用了不锈钢的情况下，膜片和应变传感器也不会彼此剥离，不易受到使用环境温度的影响，并且，压力传感器的灵敏度不仅仅由构成膜片的材料的力学特性支配，能够提高构成压力传感器的部件的设计自由度。为解决上述技术问题，本发明的压力传感器的特征在于，包括：因流体的压力而变形的膜片；覆盖该膜片的整面的弹性体，该弹性体的一侧与所述膜片接合；和应变传感器，该应变传感器接合设置在该弹性体的另一侧的远离与所述膜片的中心对应的位置的端部侧，将与所述膜片的变形连动的所述弹性体的变形作为应变检测，所述弹性体由具有与形成所述应变传感器的材料的线膨胀系数相近的线膨胀系数的材料构成。

Description

压力传感器和差压传感器以及使用它们的质量流量控制装置
技术领域
本发明涉及压力传感器和差压传感器以及使用它们的质量流量控制装置，尤其是涉及适合于利用膜片(diaphragm)的伴随压力施加的变形来检测压力的压力传感器和差压传感器以及使用它们的质量流量控制装置。
背景技术
作为利用膜片的伴随压力施加的变形来检测压力的压力传感器，众所周知有通过在膜片上形成(贴附等)应变片(strain gauge)，来将膜片的伴随压力施加的变形作为应变检测的压力传感器。
上述应变片即使是很小的变形也能够改变本身的电阻。通常，应变片以4个为一组形成，且经常使用通过构成桥接电路而测量与压力成比例的差分电压作为输出的方法，构成桥接电路，能够补偿应变片本身的温度特性。例如，即使应变片本身具有温度特性，在由温度变化导致的4个应变片的变形分别相等时，应变传感器的输出也不变动。
另外，在测量对象的压力低且不需要耐蚀性的情况下，使用如下结构的压力传感器：通过将硅基板局部薄膜化而形成成为受压部的硅膜片，并在该硅膜片上通过杂质扩散来形成应变片。这种结构的压力传感器具有灵敏度高、能够在硅膜片上作为一体结构形成应变片等的优点。
但是，上述的压力传感器不适合测量对象的压力高的情况或需要耐蚀性的情况，较多使用在金属制的膜片上贴附应变片或贴附形成有应变片的应变传感器这种结构的压力传感器。
在专利文献1中公开了一种压力传感器，其是用于检测压力值的微加工型的装置，由两个结构元件构成，第一个结构元件具有由第一材料构成的第一膜片，由第二材料构成的第二结构元件具有第一区域和第二区域。另外，第一区域形成得比第二区域薄，第一膜片和第一区域的至少一部分彼此牢固地结合。而且，第一材料改良为具有比第二材料大的热膨胀系数的形式的材料，因此，由第一材料构成的第一膜片，与温度相关地将横膨胀向第二结构元件的第一区域传递，横向膨胀的传递经由设置于第一膜片与第一区域的至少一部分之间的第一结合材料进行。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2005－227283号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题大致分为两个。即，第一技术问题是由不同种类的材料间的线膨胀系数的不同引起的技术问题，第二技术问题是关于压力传感器的灵敏度提高的技术问题。
首先，从第一技术问题开始说明，为了提高具有上述结构的压力传感器对于腐蚀的耐性，在构成压力传感器的部件中与流体直接接触的部分(膜片)，需要采用不锈钢等高耐蚀性材料。
但是，在采用硅作为应变传感器的材料的情况下，硅的线膨胀系数为2.6×10-6K-1，而不锈钢的线膨胀系数为15.9×10-6K-1，两者存在较大的差。
因此，在想要将硅制的应变传感器粘接于不锈钢制的膜片时，由于温度变化而产生较大的尺寸差，因此，不能维持将两者粘接的状态，容易发生剥离或在制造的过程中膜片和应变传感器中的任一者破损的不良情况。
另外，即使在能够维持硅制的应变传感器和不锈钢制的膜片的粘接，也没有发生破损的情况下，当压力传感器的使用环境温度变动时，由于上述线膨胀系数的不同也会在粘接部产生较大的应力。
因此，虽然实际上膜片的流体的压力没有变化，但是应变传感检测到应变，因此，产生与压力传感器的使用环境温度的变化相伴的测定误差。
接着，对第二技术问题进行说明，为了提高压力传感器的灵敏度使得该压力传感器即使较低的压力也能够检测到，减小膜片的弹性系数而使变形变得容易是有效的。即，膜片的弹性系数由构成膜片的材料的杨氏模量、膜片的受压径和厚度等决定，因此，越是减小构成膜片的材料的杨氏模量，增大受压径，并且减薄厚度，越能够减小膜片的弹性系数。
但是，在减小膜片的弹性系数而使变形变得容易时，存在如下可能：对在变形时产生的膜片的弯曲部施加的主应力增加而超过材料的弹性界限，作为压力传感器不能继续使用。即，压力传感器的灵敏度和对膜片的弯曲部施加的主应力成为折衷的关系，只要作为弹性体使用单一的膜片，则压力传感器的灵敏度由构成膜片的材料的力学特性支配。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，提供以下这样的压力传感器和差压传感器以及使用它们的质量流量控制装置：即使在膜片采用不锈钢的情况下，膜片和应变传感器也不会彼此剥离，不易受到使用环境温度的影响，并且压力传感器的灵敏度不仅仅由构成膜片的材料的力学特性来支配，能够提高构成压力传感器的部件的设计自由度。
解决技术问题的技术方案
为解决上述技术问题，本发明的压力传感器的特征在于，包括：因流体的压力而变形的膜片；覆盖该膜片的整面的弹性体，该弹性体的一侧与所述膜片接合；和应变传感器，该应变传感器接合设置在该弹性体的另一侧的远离与所述膜片的中心对应的位置的端部侧，将与所述膜片的变形连动的所述弹性体的变形作为应变检测，所述弹性体由具有与形成所述应变传感器的材料的线膨胀系数相近的线膨胀系数的材料构成。
另外，为解决上述技术问题，本发明的差压传感器的特征在于，包括：彼此相对地配置的、因流体的压力而变形的第一膜片和第二膜片；配置于该第一膜片与该第二膜片之间的弹性体，该弹性体的一侧与所述第一膜片接合，并且另一侧与所述第二膜片接合；和应变传感器，该应变传感器设置在该弹性体的一侧或另一侧的、远离与所述第一膜片和所述第二膜片的中心对应的位置的端部侧，将与所述第一膜片和所述第二膜片的变形连动的所述弹性体的变形作为应变检测，所述弹性体由具有与形成所述应变传感器的材料的线膨胀系数相近的线膨胀系数的材料构成。
发明效果
根据本发明，即使在膜片采用了不锈钢的情况下，膜片和应变传感器也不会彼此剥离，不易受到使用环境温度的影响，并且，压力传感器的灵敏度不仅仅由构成膜片的材料的力学特性支配，能够提高构成压力传感器的部件的设计自由度。
附图说明
图1是表示本发明的压力传感器的实施例1的俯视图。
图2是沿着图1的虚线A－A的剖面图。
图3表示本发明的压力传感器所采用的应变传感器，是由4个应变片形成的桥接电路的例子。
图4是表示本发明的压力传感器的实施例2的俯视图。
图5是沿着图4的虚线A－A的剖面图。
图6是表示本发明的压力传感器的实施例3的俯视图。
图7是沿着图6的虚线A－A的剖面图。
图8是表示本发明的压力传感器的实施例4的俯视图。
图9是沿着图8的虚线A－A的剖面图。
图10是表示本发明的压力传感器的实施例5的俯视图。
图11是沿着图10的虚线A－A的剖面图。
图12是表示本发明的作为实施例6的绝压传感器的剖面图。
图13是表示本发明的作为实施例7的差压传感器的剖面图。
具体实施方式
以下，基于图示的实施例说明本发明的压力传感器和差压传感器以及使用它们的质量流量控制装置。此外，在以下说明的各实施例中，对同一结构部件使用同一标记。
实施例1
图1和图2表示本发明的压力传感器的实施例1。
如该图所示，本实施例的压力传感器1包括：因流体的压力而变形的膜片2；覆盖膜片2的整周的弹性体3，该弹性体3的一侧与膜片2接合；和应变传感器4，该应变传感器4接合设置在弹性体3的另一侧的远离与膜片2的中心对应的位置的端部侧(图1和图2的左侧)，将与膜片2的变形连动的弹性体3的变形作为应变检测，弹性体3由具有与形成应变传感器4的材料的线膨胀系数相近的线膨胀系数的材料构成，该压力传感器1包括固定膜片2的外周部且形成有导入流体的孔的支承件5。
上述弹性体3呈圆筒形，并且其中央部形成得比端部薄，在弹性体3的除设置应变传感器4的部分以外的部分形成有作为孔的隙缝8A和8B，该隙缝8A和8B以夹着应变传感器4的方式从弹性体3的一端延伸形成到另一端，将弹性体3在图2的上下方向(以下称为Z方向)贯通。
更详细地说明，本实施例的膜片2由金属材料制作，例如以耐蚀性高的不锈钢或不锈钢与其它金属材料的包层钢材作为材质。
另外，本实施例的膜片2呈圆筒形，其中央部通过加工与端部相比薄膜化(t1＞t2)，薄膜化后的膜片2的中央部的中心为了与弹性体3接合而成为一部分凸起的构造。作为膜片2的中央部的薄膜化方法，有切削和压力加工等。该膜片2构成为：通过从与应变传感器4的设置面相反的面承受测量对象的流体的压力而变形，使接合的应变传感器4产生与压力成比例的应变。
进而，本实施例的膜片2的外周部固定于支承件5，膜片2和支承件5以采用电阻焊接和激光焊接来确保气密的方式固定，成为流体不会从膜片2和支承件5的间隙漏出的构造。
另一方面，弹性体3由金属材料制作，例如以与应变传感器4的材料即硅的线膨胀系数相近的可伐(Kovar)合金、42合金和因瓦(invar)合金等中的任一者作为材质。另外，也可以采用弹性体3的20℃的线膨胀系数值不超过半导体基板(硅)的20℃的线膨胀系数的值的2.5倍的材质。
另外，本实施例的弹性体3呈圆筒形，其中央部通过加工与端部相比薄膜化。弹性体3不直接与流体接触，因此，可以以使刚性降低为目的，在除设置应变传感器4的部分以外的部分形成孔。例如，也可以通过在应变传感器4的两侧以夹着应变传感器4的方式沿着弹性体3的半径方向(以下称为X方向)线状地形成隙缝8A和8B，来使应变传感器4的设置部位为梁状。弹性体3薄膜化后的端部形成有圆角(fillet)，成为缓和与压力施加及温度变化相伴的应力集中的构造。
另外，弹性体3为了可设置应变传感器4，具有与应变传感器4的大小同等以上的宽度，至少在膜片2的中央接合部6和膜片2的外周部这两个部位固定(接合部6为1点固定，外周部为整周固定)，该接合部6使用焊接而牢固地固定，使得该接合部6不会因压力的施加和温度的变化等而剥离。该接合部6不在膜片2的薄膜部整个面固定，而仅在一部分区域(1点)固定，由此，缓和膜片2与弹性体3的线膨胀系数差的影响。弹性体3经由接合部6与膜片2接合，因此，与膜片2的变形连动地发生弯曲，通过适当地设计弹性体3的弹性系数，能够加强膜片2的弹性系数。
弹性体3的薄膜部的深度比膜片2的高度浅，弹性体3和膜片2经由接合部6相互推挤。通过相互推挤，弹性体3被推上去而鼓起，膜片2被按下。通过在未施加压力的状态下将弹性体3推上去，抑制与压力的施加相伴的弹性体3的凹凸反转，获得灵敏度线性提高的效果。另外，通过将膜片2按下，能够使膜片2的背面端部的主应力为与施加压力时产生的应力相反的压缩应力，能够降低施加压力时在膜片2上产生的主应力。
下面，使用图1～图3对应变传感器4的结构进行说明。如图3所示，在应变传感器4的表面中心形成有应变片7a、7b、7c、7d，构成4个一组的桥接电路。另外，应变传感器4是以单晶硅基板为材料制作的，应变片7a、7b、7c、7d通过杂质在硅基板中扩散而形成。另外，应变片7a、7b以X方向与电流流过的方向平行的方式配置，应变片7c、7d以膜片2的圆周方向(以下称为Y方向)与电流流过的方向平行的方式配置。
通过这种应变传感器4的结构，获得桥接电路的中间电位的差动输出(Out1－Out2)，作为与X方向和Y方向的应变差成比例的输出。另一方面，就应变片7a、7b、7c、7d的电阻的温度变化导致的影响而言，如果温度特性在4个应变片中相等，则电阻的温度变化也相等，因此，对应变传感器4的输出没有影响。
例如，在没有形成隙缝8A和8B的弹性体3的情况下，压力的变形为轴对称，在膜片2的中央配置应变传感器4时，不能获得X方向和Y方向的应变差。因此，应变传感器4以提高灵敏度作为目的，设置于弹性体3的薄膜部端部。通过将应变传感器4设置于弹性体3的薄膜部端部，在X方向和Y方向上应变传感器4分别产生压缩应变和拉伸应变，能够增大应变差。由此，可以预见压力传感器1的灵敏度提高。
另外，弹性体3和应变传感器4经由接合层牢固地固定。通过两者的接合使用金属(Au/Sn或Au/Ge)接合和低熔点玻璃(钒系玻璃)，能够抑制伴随着长时间的温度和压力施加的蠕变。这些金属(Au/Sn或Au/Ge)和低熔点玻璃(钒系玻璃)是坚固的材料，因此，能够将弹性体3的变形高效率地传递到应变传感器4。
另外，支承件5是用于支承安装于测量对象即流体流动的配管的凸缘(未图示)和膜片2的连接的部件。凸缘和配管通过螺丝固定，认为如果将凸缘和膜片2直接固定，则灵敏度会因紧固螺丝所带来的影响而产生变化，因此，为了缓和从支承件5的下部传递的与螺丝的紧固相伴的应力，在支承件5的局部设置缩颈5a。
另外，如上所述，在弹性体3形成有隙缝8A和8B，将弹性体3在Z方向上贯通。在图1的X方向上，隙缝8A和8B的长度从弹性体3的一端形成到另一端，位置设置于距应变传感器4一定距离的部位。设置有应变传感器4的弹性体3呈梁状，中央和两端被膜片2固定。
例如，在弹性体3未形成隙缝8A和8B的压力传感器1中，固定于弹性体3的端部的应变传感器4产生伴随温度变化的输出。这是因为膜片2的材料即不锈钢的线膨胀系数与应变传感器4的材料即硅存在5倍以上的差。另外，用于高效地向应变传感器4传递弹性体3的变形的接合层由坚固的材料即Au/Sn、Au/Ge或低熔点玻璃(钒系玻璃)形成的影响也大。
在压力传感器1的外部的温度降低时，应变传感器4在X方向和Y方向上同时产生压缩应变。只要X方向和Y方向的应变相等，输出就没有变化，但是，由于Y方向上的压缩应变变大，所以输出变化。这是因为，在X方向上通过弹性体3变形而应力缓和，但是，在Y方向上，弹性体3的面积小而难以变形，因此，与X方向相比不能缓和应力。
另外，因为弹性体3和应变传感器4的固定采用低熔点玻璃等的300℃以上的高温下的接合，因此，在接合后使温度降低时，在X方向和Y方向上产生应变差，被作为初始零点的输出偏移检测出来。在产生该初始零点的输出偏移时，除了需要用于将偏移值修正为零的电路之外，还产生压力传感器1的使用范围变窄等的技术问题。另外，在使用压力传感器1时，民用压力传感器中产生100℃左右的温度变化，车载用压力传感器中产生160℃左右的温度变化，压力传感器1的零点输出发生变动。
因此，为了改善这些，通过对弹性体3实施隙缝等的加工，使弹性体3在Y方向上也容易变形，降低对应变传感器4施加的Y方向上的压缩应变。由此，X方向和Y方向上的应变的差减小，能够抑制与温度变化相伴的零点的输出变动。作为缓和作用于应变传感器4的Y方向上的压缩应变的方法，在本实施例中，在弹性体3形成有线状的隙缝8A和8B。
弹性体3的薄膜部的深度比膜片2的高度浅，弹性体3和膜片2经由接合部6相互推挤。通过相互地推挤，弹性体3成为至少与平坦相比向应变传感器4的设置面凸出的凸形状。
由于弹性体3为凸形状，防止弹性体3的凹凸伴随施加由流体带来的压力而反转。由此，能够防止弹性体3的凹凸反转导致的压曲和应变传感器4的符号反转，实现灵敏度线性的提高。
另外，如上所述，膜片2由金属材料制作，以耐蚀性高的不锈钢为材质，并且膜片2呈圆筒形，中央部通过加工比端部薄膜化，薄膜化后的膜片2的中央部的中心为了与弹性体3接合而成为局部凸起的构造。作为膜片2的形成方法，使用压力加工，在膜片2的外周部具有用于与支承件5焊接的凸边2a，通过将膜片2的凸边2a和支承件5焊接而防止流体的渗漏。在膜片2的外周部和中心部之间不存在弯曲部，由流体施加了压力时的变形比存在弯曲部时大，灵敏度也变大。
在由流体施加了压力的情况下，膜片2被流体推上去，在膜片2的背面的端部产生最大的主应力。该拉伸的最大主应力需要不超过膜片2材料的耐力，因此，在未施加压力的状态下，膜片2成为被弹性体3按下的构造。由于膜片2被按下，在不施加压力的状态下，在膜片2的背面端部产生压缩应力。该应力为与施加压力时产生的应力相反的应力，因此，能够降低对膜片2施加的主应力，扩大压力的动态范围。
这样，根据本实施例的结构，压力传感器1的可动部分由弹性体3和膜片2这两个部件构成，例如，为了与流体直接接触而被要求采用高耐蚀性材料的部分，由以不锈钢等构成的膜片2构成，由于需要与应变传感器4结合而要求低线膨胀系数的部分，由可伐合金、42合金和因瓦合金等中的任一者构成的弹性体3构成等，可以独立地选择分别最适于各部件所要求的多个功能的材料。
因此，能够在维持对于流体的高耐蚀性的同时，减小应变传感器4的线热膨胀系数和设置应变传感器4的弹性体3的线热膨胀系数的差，因此，能够解决剥离和与使用温度环境相关的上述第一技术问题。
此外，在上述结构中，通过将个别设计的膜片2和弹性体3各自的表面接合，能够将受到流体的压力的膜片2的变形向设置有应变传感器4的弹性体3传递。
因此，接合的该多个部件成为一体而作为压力传感器1发挥功能。在此，例如，即使在将不锈钢制成的膜片2与由可伐合金、42合金和因瓦合金等中的任一者制成的弹性体3经由熔融部(焊接)构成的接合部接合的情况下，两者也不在大的区域接合，只不过是两者的一部分彼此以小的面积接合。
因此，在膜片2与弹性体3之间即使线膨胀系数存在差异，两者因此而剥离的可能性也与现有技术中的基于面的接合相比少。
同样，由于使用环境温度的变化而与线热膨胀系数的差对应地产生的拉伸应力或压缩应力的大小，也与以大的面接合的情况相比小。
另外，根据上述的结构，通过由多个部件构成压力传感器1，与由单一部件构成的情况相比，不仅材料的选择的自由度变大，而且各部件的形状和尺寸等设计的自由度也变大。
即，在仅由膜片2构成可动部的情况下，可动部的弹性系数k由膜片2的杨氏模量和形状决定。另一方面，在由膜片2和弹性体3构成可动部的情况下，相互接合的部件整体作为具有与k＝k1+k2(其中，k1为膜片2的弹性系数、k2为弹性体3的弹性系数)相等的弹性系数的可动部进行动作。因此，例如，可以不使整体的弹性系数k大幅改变地将膜片2的弹性系数k1设计得小而将弹性体3的弹性系数k2设计得大等，因此，设计自由度提高。
进而，通过将可动部分为膜片2和弹性体3这两个，能够成为例如将弹性体3推上去或将膜片2按下的构造。
另外，在由流体施加压力的情况下，膜片2被流体推上去，最大的主应力在膜片2的背面端部产生，需要使得该最大主应力不超过膜片2的材料的耐力。目前，为了确保压力的动态范围，以缓和最大主应力的构造来对应，例如通过增大膜片背面的端部的曲率等来对应。但是，增大膜片的背面的端部的曲率时膜片自身的变形量变小，灵敏度可能降低。
因此，如本实施例那样，通过将膜片2和弹性体3制成相互加压的构造，能够按下膜片2，使初始状态的膜片2的背面端部的主应力为与施加压力时产生的应力相反的压缩应力，能够降低对膜片2施加的主应力，扩大由压力传感器可测定的压力的范围。
另外，在现有的膜片中，因加工精度和接合导致的影响，存在膜片的接合面凹陷的情况。通过施加流体的压力，膜片膨胀，因此膜片通过施加压力而凹凸反转。这样，对与膜片接合的应变传感器也产生影响，对应变传感器施加的应变从拉伸向压缩反转。通过膜片的凹凸反转、应变传感器的拉伸和压缩的反转而产生膜片的压曲和应变传感器的符号反转等，存在非线性变大的可能性。
因此，在本实施例中，通过将弹性体3从初始状态推上去，抑制了与施加压力相伴的弹性体3的凹凸反转，实现灵敏度的线性的提高。由此，能够解决上述第二技术问题。
因此，根据本实施例的结构，即使在膜片采用了不锈钢的情况下，膜片和应变传感器也不会彼此剥离，难以受到使用环境温度的影响，并且，压力传感器的灵敏度不仅仅由构成膜片的材料的力学特性支配，能够提高构成压力传感器的部件的设计自由度。
实施例2
图4和图5中示出本发明的压力传感器的实施例2。在以下所示的实施例2中，仅说明与实施例1的不同点。
该图所示的本实施例的压力传感器1在弹性体3的除设置应变传感器4的部分以外的部分，以夹着应变传感器4的方式形成有：沿Z方向贯通弹性体3的第一贯通孔9A；和与该第一贯通孔9A连通且在与设置有应变传感器4的一侧相反的一侧的弹性体3中沿Z方向贯通的第二贯通孔9B。
即，本实施例的压力传感器1的在Y方向上与应变传感器4隔开一定距离的部位的弹性体3中设置的第一贯通孔9A，在X方向长度从弹性体3的一端形成到另一端，另外，在从接合部6看的与设置应变传感器4的方向相反的弹性体3中也形成有第二贯通孔9B。设置有应变传感器4的弹性体3呈梁状，仅在中央和设置有应变传感器4的方向的端部用膜片2固定。
根据这种本实施例的结构，当然能够获得与实施例1同样的效果，而且因为弹性体3的固定部位变得比实施例1少，所以弹性体3的刚性变小，与实施例1相比能够获得弹性体3大幅变形，灵敏度也变大的效果。
实施例3
图6和图7中示出本发明的压力传感器的实施例3。在以下所示的实施例3中，仅说明与实施例1的不同点。
该图所示的本实施例的压力传感器1具有以夹着应变传感器4的方式形成于弹性体3且从弹性体3的一端延伸到另一端的2个凹坑(凹部)10A和10B，该凹坑(凹部)10A和10B为不贯通弹性体3的结构。
即，在本实施例的压力传感器1中，在凹坑(凹部)10A和10B的X方向上，长度从弹性体3的一端形成到另一端，该凹坑(凹部)10A和10B的位置被设置于距应变传感器4一定距离的部位。因为弹性体3不是梁状，所以即使接合部6在Y方向上错位，也能够抑制梁的扭曲。
根据这种本实施例的结构，当然能够获得与实施例1同样的效果，而且与实施例1相比，凹坑(凹部)10A和10B不贯通弹性体3，因此，能够获得变形小但对于安装误差和加工误差等错位的耐性强的构造。
实施例4
图8和图9中示出本发明的压力传感器的实施例4。在以下所示的实施例4中，仅对与实施例1不同的点进行说明。
该图所示的本实施例的压力传感器1仅在弹性体3的表面设置有应变传感器4，而未实施隙缝等的加工。
根据这种本实施例的结构，当然能够获得与实施例1同样的效果，而且与实施例1相比，变形小，但对于安装误差和加工误差等错位的耐性强，加工成本也能够降低。
实施例5
图10和图11中示出本发明的压力传感器的实施例5。在以下所示的实施例5中，仅对与实施例1的不同点进行说明。
该图所示的本实施例的压力传感器1在膜片2的中央部和端部之间形成有多个弯曲部11。
即，本实施例的压力传感器1在弹性体3上形成有隙缝8A和8B，该隙缝8A和8B贯通弹性体3。而且，在隙缝8A和8B的X方向上，长度从弹性体3的一端形成到另一端，位置设置于距应变传感器4一定距离的部位。设置有应变传感器4的弹性体3呈梁状，中央和两端被固定于膜片2。
另外，膜片2由金属材料制作，以耐蚀性高的不锈钢作为材质，并且膜片2呈圆筒形，中央部通过加工比端部薄膜化，薄膜化后的中央部的中心为了与弹性体3接合而成为局部凸起的构造。而且，为在膜片2的外周部(端部)到中心部(中央部)之间形成有多个弯曲部11的构造。
根据这种本实施例的结构，当然能够获得与实施例1同样的效果，在膜片2的外周部(端部)到中心部(中央部)之间形成有多个弯曲部11，能够缓和由流体施加压力时的应力集中。
实施例6
图12中示出作为本发明的实施例6的绝压传感器。
如该图所示，本实施例的绝压传感器12由与上述的实施例1同样的结构的压力传感器1和气密壳体13构成。气密壳体13以包围膜片2和应变传感器4的方式与支承件5固定，将应变传感器4周围的气密空间14维持在一定的气压。
气密壳体13和支承件5的固定例如采用电阻焊接和激光焊接等可维持气密性的固定方法。由此，成为在使用绝压传感器12时不受测量对象以外的压力变动的影响的构造。
在支承件5的外周部具有用于与气密壳体13焊接的凸边5b，通过将支承件5的凸边5b与气密壳体13无间隙地固定，能够确保气密空间14的气密。在使用电阻焊接和激光焊接等固定方法的情况下，在支承件5的凸边5b的厚度过厚时，焊接时难以形成熔融部，因此，优选凸边5b的厚度为0.20mm以下。更优选凸边5b的厚度为0.15mm以下。另外，在凸边5b的厚度过薄时，凸边5b因焊接的影响而损伤，不能确保气密空间14的气密，因此，优选凸边5b的厚度为0.10mm以上。
在使用具有上述优选厚度的凸边5b进行电阻焊接和激光焊接的情况下，凸边5b的厚度薄，有可能因焊接的冲击而在凸边5b形成贯通孔，或者在焊接后的冷却过程中凸边5b破裂，从而不能确保气密空间14的气密。形成支承件5的材料采用异物和空隙等缺陷少的材料能够防止这样的异物和空隙等缺陷在凸边5b的部分存在，不用担心在凸边5b上形成贯通孔或破裂，因此优选。为了制造异物和空隙等缺陷在凸边5b的部分少的支承件5，例如，可以对采用了真空重熔法和锻造法等众所周知的技术的材料进行机械加工来制造。
在选择了锻造法作为减少形成支承件5的材料的缺陷的方法的情况下，更优选以通过锻造而形成的锻造流线的方向(纤维方向)与凸边5b的面内方向一致的方式制造支承件5。在锻造的金属材料中，锻造流线的方向的拉伸强度比其它方向的拉伸强度大，因此，通过使锻造流线的方向与凸边5b的面内方向一致，能够更可靠地防止在焊接后的冷却过程中凸边5b破裂。此外，支承件5的锻造流线的方向能够通过对支承件5的切剖面进行研磨后利用光学显微镜等观察金属组织等方法容易地判别。
由应变传感器4测量的输出被从形成于气密壳体13的贯通电极15向外部引出。贯通电极15利用电镀形成，与应变传感器4经由挠性基板电极(未图示)连接，且确保气密空间14的气密。
另一方面，支承件5是支承安装于测量对象即流体流动的配管的凸缘16和膜片2的连接的部件。凸缘16和配管通过螺丝固定，认为如果将凸缘16和膜片2直接固定，则灵敏度会因螺丝的紧固影响而发生变化。
因此，为了缓和从支承件5的下部传递的与螺丝紧固相伴的应力，在支承件5的局部设置有缩颈5a。
这种本实施例的结构的绝压传感器也能够获得与实施例1同样的效果。
实施例7
图13中示出作为本发明的实施例7的差压传感器。
如该图所示，本实施例的差压传感器17包括：彼此相对地配置且因流体的压力变形的第一膜片22和第二膜片32；配置于第一膜片22与第二膜片32之间的弹性体3，该弹性体3的一侧与第一膜片22接合，并且另一侧与第二膜片32接合；应变传感器4，该应变传感器4设置在弹性体3的一侧或另一侧的、远离与第一膜片22和第二膜片32的中心对应的位置的端部侧(图13的左侧)，将与第一膜片22和第二膜片32的变形连动的弹性体3的变形作为应变检测，弹性体3由具有与形成应变传感器4的材料的线膨胀系数相近的线膨胀系数的材料构成。
即，本实施例的差压传感器17由与上述的实施例1类似的结构的两个压力传感器21及31和气密壳体18构成。压力传感器21及31分别具有第一膜片22和第二膜片32，以夹着压力传感器21及31共用的弹性体3且彼此相对的方式固定。另外，气密壳体18包围压力传感器21及31，将压力传感器21及31的周围的气密空间14维持为一定的气压。由此，成为不受测量对象以外的压力变动的影响的构造。
另外，第一膜片22和第二膜片32与第一流体和第二流体分别接触，第一膜片22和第二膜片32分别经由接合部26和接合部36与弹性体3接合。接合部26和接合部36通过焊接而牢固地固定，成为在第一流体和第二流体的压力产生差时，第一膜片22和第二膜片32变形的构造。与第一膜片22和第二膜片32各自的变形连动地在弹性体3上产生弯曲，通过用应变传感器4检测该弯曲来测量第一流体和第二流体的差压。第一流体和第二流体也可以是与同一流体系统的不同部位连通的同一流体。
这种本实施例的结构的差压传感器也能够获得与实施例1同样的效果。
另外，本发明的压力传感器1或差压传感器17例如能够装入在半导体制造装置中使用的质量流量控制装置，用于监控评价对象的压力的用途。
此外，本发明不限于上述的实施例，包括各种各样的变形例。
例如，上述的实施例是为了容易理解地对本发明进行说明而详细地进行了说明的内容，未必限定于具有所说明的全部结构的方案。另外，可以将实施例的结构的一部分置换为其它实施例的结构，另外，也可以在某实施例的结构中增加其它实施例的结构。另外，对各实施例的结构的一部分也可以进行其它结构的追加、删除或置换。
附图标记说明
1、21、31……压力传感器、2……膜片、2a……膜片的凸边、3……弹性体、4……应变传感器、5、25、35……支承件、5a……支承件的缩颈、5b……凸边、6、26、36……接合部、7a、7b、7c、7d……应变片、8A、8B……隙缝、9A……第一贯通孔、9B……第二贯通孔、10A、10B……凹坑(凹部)、11……弯曲部、12……绝压传感器、13、18……气密壳体、14……气密空间、15……贯通电极、16……凸缘(flange)、17……差压传感器、22……第一膜片、32……第二膜片。

Claims (19)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：
因流体的压力而变形的膜片；覆盖该膜片的整面的弹性体，该弹性体的一侧与所述膜片接合；和应变传感器，该应变传感器接合设置在该弹性体的另一侧的远离与所述膜片的中心对应的位置的端部侧，将与所述膜片的变形连动的所述弹性体的变形作为应变检测，
所述弹性体由具有与形成所述应变传感器的材料的线膨胀系数相近的线膨胀系数的材料构成。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：
所述膜片由不锈钢或该不锈钢与其它金属材料的包层钢材构成。
3.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：
所述膜片呈圆筒形，并且中央部形成得比端部薄，该形成得薄的中央部的中心凸起，该凸起的部分与所述弹性体接合。
4.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：
所述应变传感器由硅构成，并且，所述弹性体由具有与所述硅的线膨胀系数接近的线膨胀系数的可伐合金、42合金和因瓦合金中的任一者构成。
5.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：
所述弹性体呈圆筒形，并且，中央部形成得比端部薄，在所述弹性体的除设置所述应变传感器的部分以外的部分形成有孔。
6.如权利要求5所述的压力传感器，其特征在于：
所述孔以夹着所述应变传感器的方式形成，是从所述弹性体的一端延伸到另一端的2个隙缝，并且该隙缝贯通所述弹性体。
7.如权利要求5所述的压力传感器，其特征在于：
所述孔以夹着所述应变传感器的方式形成，包括：贯通所述弹性体的第一贯通孔；和与该第一贯通孔连通的第二贯通孔，该第二贯通孔形成于与设置有所述应变传感器的一侧相反的一侧的所述弹性体。
8.如权利要求5所述的压力传感器，其特征在于：
所述孔以夹着所述应变传感器的方式形成，是从所述弹性体的一端延伸到另一端的2个凹部，并且该凹部不贯通所述弹性体。
9.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：
所述弹性体具有与所述应变传感器的大小同等的宽度或大于所述应变传感器的大小的宽度，至少与所述膜片的中央部和外周部这2个部位接合。
10.如权利要求9所述的压力传感器，其特征在于：
所述弹性体与所述膜片的中央部在一个点接合，所述弹性体与所述膜片的外周部在整周接合。
11.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：
所述弹性体和所述应变传感器用金属或低熔点玻璃接合。
12.如权利要求11所述的压力传感器，其特征在于：
将所述弹性体和所述应变传感器接合的金属由Au/Sn或Au/Ge构成。
13.如权利要求11所述的压力传感器，其特征在于：
将所述弹性体和所述应变传感器接合的低熔点玻璃由钒系玻璃构成。
14.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：
所述膜片在其中央部与端部之间形成有多个弯曲部。
15.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，包括：
固定所述膜片的外周部的支承件；和固定于该支承件的气密壳体，
该气密壳体以包围所述膜片、所述弹性体和所述应变传感器的方式设置，所述支承件和所述气密壳体以能够维持气密性的方式固定。
16.如权利要求15所述的压力传感器，其特征在于：
在所述支承件的外周部设置有凸边，在该凸边上固定所述气密壳体，所述凸边的厚度为0.10mm以上0.20mm以下。
17.如权利要求16所述的压力传感器，其特征在于：
所述支承件由锻造件构成，通过锻造形成的锻造流线的方向与所述凸边的面内方向一致。
18.一种差压传感器，其特征在于，包括：
彼此相对地配置的、因流体的压力而变形的第一膜片和第二膜片；
配置于该第一膜片与该第二膜片之间的弹性体，该弹性体的一侧与所述第一膜片接合，并且另一侧与所述第二膜片接合；和应变传感器，该应变传感器设置在该弹性体的一侧或另一侧的、远离与所述第一膜片和所述第二膜片的中心对应的位置的端部侧，将与所述第一膜片和所述第二膜片的变形连动的所述弹性体的变形作为应变检测，
所述弹性体由具有与形成所述应变传感器的材料的线膨胀系数相近的线膨胀系数的材料构成。
19.一种质量流量控制装置，其特征在于：
装入有权利要求1～17中任一项所述的压力传感器或权利要求18所述的差压传感器，监控流体的压力。
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