JP2000121473A - 静電容量式絶対圧検出器 - Google Patents
静電容量式絶対圧検出器Info
- Publication number
- JP2000121473A JP2000121473A JP10291830A JP29183098A JP2000121473A JP 2000121473 A JP2000121473 A JP 2000121473A JP 10291830 A JP10291830 A JP 10291830A JP 29183098 A JP29183098 A JP 29183098A JP 2000121473 A JP2000121473 A JP 2000121473A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- absolute pressure
- capacitor
- pressure
- diaphragm
- fixed electrode
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】小型で、ヒステリシスが小さく、高精度で、信
頼性が高く、組み立て良品率が優れ、組み立てが容易な
静電容量式絶対圧検出器を提供する。 【解決手段】圧力によって変位する可動電極としてのダ
イアフラム61と固定ギャップのコンデンサを形成するた
めの凹み62とが形成されたシリコン基板6aと、絶対圧検
出用固定電極73、補償用固定電極77、端子74a 等、及び
導圧孔71a 等を備えた絶縁基板Ａ7aと、平板状の絶縁基
板Ｂ8aとで構成され、ダイアフラム61と固定電極73とが
絶対圧検出部100 の絶対圧検出用コンデンサを形成し、
凹み62の底と固定電極77とが補償部200 の補償用コンデ
ンサを形成し、ダイアフラム61の下側に真空基準室5aが
形成されている。これらのコンデンサの電極73等は導圧
孔71a 等を通して全て絶縁基板Ａ7aの上面の端子74a 等
に引き出されている。
頼性が高く、組み立て良品率が優れ、組み立てが容易な
静電容量式絶対圧検出器を提供する。 【解決手段】圧力によって変位する可動電極としてのダ
イアフラム61と固定ギャップのコンデンサを形成するた
めの凹み62とが形成されたシリコン基板6aと、絶対圧検
出用固定電極73、補償用固定電極77、端子74a 等、及び
導圧孔71a 等を備えた絶縁基板Ａ7aと、平板状の絶縁基
板Ｂ8aとで構成され、ダイアフラム61と固定電極73とが
絶対圧検出部100 の絶対圧検出用コンデンサを形成し、
凹み62の底と固定電極77とが補償部200 の補償用コンデ
ンサを形成し、ダイアフラム61の下側に真空基準室5aが
形成されている。これらのコンデンサの電極73等は導圧
孔71a 等を通して全て絶縁基板Ａ7aの上面の端子74a 等
に引き出されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、測定対象圧力に
応じて変位するダイアフラムを可動電極とする静電容量
式絶対圧検出器に関する。
応じて変位するダイアフラムを可動電極とする静電容量
式絶対圧検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来技術による静電容量式絶対圧
検出器の１例の構造を示す断面図であり、図４は他例の
構造を示す断面図である。
検出器の１例の構造を示す断面図であり、図４は他例の
構造を示す断面図である。
【０００３】図３に示した絶対圧検出器は、中央に導圧
孔23を有し、両面に第１電極21及び第２電極22が蒸着さ
れ、両電極からそれぞれに第１リード41及び第２リード
42が側面に引き出されているセラミックス部材２と、静
電容量を形成するための上下のギャップ分だけセラミッ
クス部材２より長く、セラミックス部材２の外側を被
い、第１リード41及び第２リード42を通すための孔を側
面に有する金属部材Ｂ12と、この金属部材Ｂ12の上面に
溶接され、中央に導圧孔111 を有し、第１電極21と補償
用コンデンサを形成する金属部材Ａ11と、金属部材Ｂ12
の下面に溶接され、測定圧を受けて変位し、第２電極22
と絶対圧測定用コンデンサを形成する金属ダイアフラム
３と、金属ダイアフラム３の下面外周に溶接され、金属
ダイアフラム３の下面側に真空基準室５を形成するため
の凹みを有する金属部材Ｃ13とで構成されている。な
お、図３において、測定圧を伝達するための圧力伝達媒
体は明示されていないが、導圧孔111 及び導圧孔23を通
ってコンデンサの内部に充填されている。
孔23を有し、両面に第１電極21及び第２電極22が蒸着さ
れ、両電極からそれぞれに第１リード41及び第２リード
42が側面に引き出されているセラミックス部材２と、静
電容量を形成するための上下のギャップ分だけセラミッ
クス部材２より長く、セラミックス部材２の外側を被
い、第１リード41及び第２リード42を通すための孔を側
面に有する金属部材Ｂ12と、この金属部材Ｂ12の上面に
溶接され、中央に導圧孔111 を有し、第１電極21と補償
用コンデンサを形成する金属部材Ａ11と、金属部材Ｂ12
の下面に溶接され、測定圧を受けて変位し、第２電極22
と絶対圧測定用コンデンサを形成する金属ダイアフラム
３と、金属ダイアフラム３の下面外周に溶接され、金属
ダイアフラム３の下面側に真空基準室５を形成するため
の凹みを有する金属部材Ｃ13とで構成されている。な
お、図３において、測定圧を伝達するための圧力伝達媒
体は明示されていないが、導圧孔111 及び導圧孔23を通
ってコンデンサの内部に充填されている。
【０００４】第１電極21の面積及び第２電極22の面積は
同じでＳとし、第１電極21と金属部材Ａ11との距離、す
なわち補償用コンデンサのギャップと、測定圧Ｐを受け
ていない状態における第２電極22と金属ダイアフラム３
との距離、すなわち絶対圧測定用コンデンサのギャップ
とが同じでｄとし、測定圧Ｐを受けた時の金属ダイアフ
ラム３の変位をΔとすると、補償用コンデンサの静電容
量Ｃr 、絶対圧測定用コンデンサの静電容量Ｃx 及びΔ
は次の式で表される。
同じでＳとし、第１電極21と金属部材Ａ11との距離、す
なわち補償用コンデンサのギャップと、測定圧Ｐを受け
ていない状態における第２電極22と金属ダイアフラム３
との距離、すなわち絶対圧測定用コンデンサのギャップ
とが同じでｄとし、測定圧Ｐを受けた時の金属ダイアフ
ラム３の変位をΔとすると、補償用コンデンサの静電容
量Ｃr 、絶対圧測定用コンデンサの静電容量Ｃx 及びΔ
は次の式で表される。
【０００５】 Ｃr ＝ε0 εr Ｓ／ｄ Ｃx ＝ε0 εr Ｓ／（ｄ＋Δ） Δ＝ｋ（Ｐ−Ｐv ） ここで、ε0 は真空の誘電率、εr は前記コンデンサの
キャップ部等に充填されている圧力伝達媒体の比誘電
率、ｋは比例係数、Ｐv は真空基準室内の圧力である。
キャップ部等に充填されている圧力伝達媒体の比誘電
率、ｋは比例係数、Ｐv は真空基準室内の圧力である。
【０００６】Ｃr とＣx とを用いて、 ｆ＝−（Ｃx −Ｃr ）／Ｃx で定義されるｆ値を求めると、 ｆ＝Δ／ｄ＝ｋ（Ｐ−Ｐv ）／ｄ となり、ｋを予め求めておくことによって、ｆ値より
（Ｐ−Ｐv ）を算出することができる。通常、Ｐv はＰ
に比べて十分に小さいので、Ｐv を無視することがで
き、上式によって絶対圧が算出できる。
（Ｐ−Ｐv ）を算出することができる。通常、Ｐv はＰ
に比べて十分に小さいので、Ｐv を無視することがで
き、上式によって絶対圧が算出できる。
【０００７】図４に示した絶対圧検出器は、導電性材料
であるシリコン基板６と２つの絶縁性基板（図において
は絶縁基板Ａ７及び絶縁基板Ｂ８）とが接合されて構成
されている。なお、図４において、測定圧を伝達するた
めの圧力伝達媒体は明示されていないが、導圧孔81を通
って絶対圧検出器の内部に充填されている。
であるシリコン基板６と２つの絶縁性基板（図において
は絶縁基板Ａ７及び絶縁基板Ｂ８）とが接合されて構成
されている。なお、図４において、測定圧を伝達するた
めの圧力伝達媒体は明示されていないが、導圧孔81を通
って絶対圧検出器の内部に充填されている。
【０００８】導電性材料であり、かつ優れた弾性材料で
あるシリコン基板６には、絶対圧検出用のコンデンサの
可動電極となる絶対圧検出用ダイアフラム（図４では単
にダイアフラム）61が両面からのプラズマエッチングに
よって形成されている。
あるシリコン基板６には、絶対圧検出用のコンデンサの
可動電極となる絶対圧検出用ダイアフラム（図４では単
にダイアフラム）61が両面からのプラズマエッチングに
よって形成されている。
【０００９】絶縁基板Ａ７には、可動電極であるダイア
フラム61に対向する絶対圧検出用固定電極（図４では単
に固定電極）73と、外部回路と接続するために上側表面
に形成されている、固定電極73の端子（図４では単に端
子：以後に示す全ての端子も同様）74とシリコン基板６
の端子75と、固定電極73と端子74とを接続するためのス
ルーホールであり且つコンデンサ内を真空基準室５にす
るために真空引きするための貫通孔71と、シリコン基板
６と端子75とを接続するスルーホールである貫通孔72と
が形成されている。
フラム61に対向する絶対圧検出用固定電極（図４では単
に固定電極）73と、外部回路と接続するために上側表面
に形成されている、固定電極73の端子（図４では単に端
子：以後に示す全ての端子も同様）74とシリコン基板６
の端子75と、固定電極73と端子74とを接続するためのス
ルーホールであり且つコンデンサ内を真空基準室５にす
るために真空引きするための貫通孔71と、シリコン基板
６と端子75とを接続するスルーホールである貫通孔72と
が形成されている。
【００１０】絶縁基板Ｂ８には、測定圧を導入するため
の導圧孔81が形成されている。
の導圧孔81が形成されている。
【００１１】絶縁基板Ａ７及び絶縁基板Ｂ８は、シリコ
ン基板６の熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数をもつパイ
レックスガラス等の絶縁性材料からなっている。シリコ
ン基板６と絶縁基板Ａ７及び絶縁基板Ｂ８とは静電接合
等の気密性を確保できる接合方法によって接合されてい
る。
ン基板６の熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数をもつパイ
レックスガラス等の絶縁性材料からなっている。シリコ
ン基板６と絶縁基板Ａ７及び絶縁基板Ｂ８とは静電接合
等の気密性を確保できる接合方法によって接合されてい
る。
【００１２】これらの固定電極73、端子74及び端子75は
スパッタ法などの方法によりCr／Auの２層積層構造のメ
タライズ層として形成されており、固定電極73と端子74
及びシリコン基板６と端子75はそれぞれ貫通孔71及び貫
通孔72を通して接続されている。
スパッタ法などの方法によりCr／Auの２層積層構造のメ
タライズ層として形成されており、固定電極73と端子74
及びシリコン基板６と端子75はそれぞれ貫通孔71及び貫
通孔72を通して接続されている。
【００１３】真空基準室５は、シリコン基板６と絶縁基
板Ａ７及び絶縁基板Ｂ８との接合物を真空中に入れ、静
電接合等の方法で絶縁基板Ａ７の貫通孔71を蓋９によっ
て気密に塞ぐことによって形成される。
板Ａ７及び絶縁基板Ｂ８との接合物を真空中に入れ、静
電接合等の方法で絶縁基板Ａ７の貫通孔71を蓋９によっ
て気密に塞ぐことによって形成される。
【００１４】この絶対圧検出器における絶対圧の検出
は、ダイアフラム61と固定電極73とで形成されるコンデ
ンサによる。導圧孔81から導入される圧力Ｐによってダ
イアフラム61が変位し、その変位に伴って変化するコン
デンサの静電容量値によって圧力を検出する。真空基準
室５が測定圧力Ｐに比べて十分に低く設定されることに
よって、絶対圧が得られるのである。この場合のコンデ
ンサは真空基準室５内の真空雰囲気を挟んで形成されて
いるので、その誘電率はε0 であり、温度の影響を受け
ることはない。
は、ダイアフラム61と固定電極73とで形成されるコンデ
ンサによる。導圧孔81から導入される圧力Ｐによってダ
イアフラム61が変位し、その変位に伴って変化するコン
デンサの静電容量値によって圧力を検出する。真空基準
室５が測定圧力Ｐに比べて十分に低く設定されることに
よって、絶対圧が得られるのである。この場合のコンデ
ンサは真空基準室５内の真空雰囲気を挟んで形成されて
いるので、その誘電率はε0 であり、温度の影響を受け
ることはない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
による静電容量式絶対圧検出器には以下のような問題点
がある。
による静電容量式絶対圧検出器には以下のような問題点
がある。
【００１６】図３に示した構造の検出器では、可動部分
であるダイアフラムが金属製であり、他の金属部材と溶
接によって組み立てられているため、 1) 特性に大きなヒステリシスを有し、 2) センサ形状が大きくなる ことが問題点である。
であるダイアフラムが金属製であり、他の金属部材と溶
接によって組み立てられているため、 1) 特性に大きなヒステリシスを有し、 2) センサ形状が大きくなる ことが問題点である。
【００１７】また、図４に示した構造の検出器では、 1) コンデンサを形成している雰囲気が真空または減圧
窒素であるから、比誘電率が１となり、封入液を充填し
ている構造の検出器に比べて信号となる静電容量値が小
さく、Ｓ／Ｎ比がよくないこと、 2) 圧力や温度による全体の変形に伴う誤差の補償が非
常に難しいこと、 3) 印加される圧力によってコンデンサのギャップが減
少する方向にダイアフラムが変位するので、ギャップ内
に侵入した塵埃等によってダイアフラムの動きが阻害さ
れ、信頼性が低くなり、組み立て良品率が低下し易いこ
とが問題点である。
窒素であるから、比誘電率が１となり、封入液を充填し
ている構造の検出器に比べて信号となる静電容量値が小
さく、Ｓ／Ｎ比がよくないこと、 2) 圧力や温度による全体の変形に伴う誤差の補償が非
常に難しいこと、 3) 印加される圧力によってコンデンサのギャップが減
少する方向にダイアフラムが変位するので、ギャップ内
に侵入した塵埃等によってダイアフラムの動きが阻害さ
れ、信頼性が低くなり、組み立て良品率が低下し易いこ
とが問題点である。
【００１８】この発明の課題は、以上のような問題点を
解決して、小型で、ヒステリシスが小さく、高精度で、
信頼性が高く、組み立て良品率が優れ、且つ組み立てが
容易な静電容量式絶対圧検出器を提供することである。
解決して、小型で、ヒステリシスが小さく、高精度で、
信頼性が高く、組み立て良品率が優れ、且つ組み立てが
容易な静電容量式絶対圧検出器を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】この発明においては、圧
力に応じて変位する可動電極としてのダイアフラムを有
する導電性基板と、ダイアフラムに対向する位置に固定
電極及び導圧孔が設けられており、且つ導電性基板の熱
膨張係数とほぼ等しい熱膨張係数を有する絶縁性基板と
が接合された構造を有し、ダイアフラムと固定電極とで
構成されるコンデンサの静電容量値によって絶対圧を検
出する絶対圧検出手段と、圧力伝達媒体としての封入液
と、圧力や温度等による特性誤差を補償するための補償
用手段とを備えている静電容量式絶対圧検出器におい
て、絶対圧検出手段のコンデンサ内には封入液が充填さ
れており、補償用手段が可動部をもたないコンデンサと
して構成されており、補償用のコンデンサ内には、絶対
圧検出手段のコンデンサ内と共通の封入液が導入されて
いる（請求項１の発明）。
力に応じて変位する可動電極としてのダイアフラムを有
する導電性基板と、ダイアフラムに対向する位置に固定
電極及び導圧孔が設けられており、且つ導電性基板の熱
膨張係数とほぼ等しい熱膨張係数を有する絶縁性基板と
が接合された構造を有し、ダイアフラムと固定電極とで
構成されるコンデンサの静電容量値によって絶対圧を検
出する絶対圧検出手段と、圧力伝達媒体としての封入液
と、圧力や温度等による特性誤差を補償するための補償
用手段とを備えている静電容量式絶対圧検出器におい
て、絶対圧検出手段のコンデンサ内には封入液が充填さ
れており、補償用手段が可動部をもたないコンデンサと
して構成されており、補償用のコンデンサ内には、絶対
圧検出手段のコンデンサ内と共通の封入液が導入されて
いる（請求項１の発明）。
【００２０】可動部をもたないコンデンサを補償用手段
として備え、そのコンデンサ内と絶対圧検出手段として
のコンデンサ内とに共通の封入液を導入しているので、
圧力及び温度による変形や誘電率の変化に伴う誤差が十
分に補償される。また、コンデンサ内部に測定圧が導入
されるので、ダイアフラムと固定電極とのギャップは広
がる方向となる。
として備え、そのコンデンサ内と絶対圧検出手段として
のコンデンサ内とに共通の封入液を導入しているので、
圧力及び温度による変形や誘電率の変化に伴う誤差が十
分に補償される。また、コンデンサ内部に測定圧が導入
されるので、ダイアフラムと固定電極とのギャップは広
がる方向となる。
【００２１】請求項１の発明において、コンデンサの静
電容量値を計測するための端子の全てが同一絶縁性基板
の外側表面上に形成されている（請求項２の発明）。
電容量値を計測するための端子の全てが同一絶縁性基板
の外側表面上に形成されている（請求項２の発明）。
【００２２】全ての端子が同一絶縁性基板の外側表面上
に形成されているので、外部回路との接続が容易とな
り、外部回路側の構造も単純となる。
に形成されているので、外部回路との接続が容易とな
り、外部回路側の構造も単純となる。
【００２３】請求項１の発明または請求項２の発明にお
いて、導電性基板がシリコンであり、絶縁性基板がパイ
レックスガラスである（請求項３の発明）。
いて、導電性基板がシリコンであり、絶縁性基板がパイ
レックスガラスである（請求項３の発明）。
【００２４】導電性材料としてのシリコンは、弾性変形
範囲が広く、素材の特性のばらつきが少なく、ダイアフ
ラム等の加工技術も確立されており、ダイアフラムを形
成する材料としては理想的である。また、絶縁材料とし
てのパイレックスガラスは、その熱膨張係数がシリコン
の熱膨張係数に極めて近く、接合材料を必要としない静
電接合で接合することができ、絶縁基板Ａ及び絶縁基板
Ｂには最適の材料である。
範囲が広く、素材の特性のばらつきが少なく、ダイアフ
ラム等の加工技術も確立されており、ダイアフラムを形
成する材料としては理想的である。また、絶縁材料とし
てのパイレックスガラスは、その熱膨張係数がシリコン
の熱膨張係数に極めて近く、接合材料を必要としない静
電接合で接合することができ、絶縁基板Ａ及び絶縁基板
Ｂには最適の材料である。
【００２５】
【発明の実施の形態】この発明による静電容量式絶対圧
検出器の実施の形態について実施例を用いて説明する。
検出器の実施の形態について実施例を用いて説明する。
【００２６】なお、従来技術と同じ機能の部分について
は同じ符号を用いる。
は同じ符号を用いる。
【００２７】図１は、この発明による静電容量式絶対圧
検出器の実施例の構造を示す断面図である。
検出器の実施例の構造を示す断面図である。
【００２８】この実施例は、図４に示した従来例と同様
に、導電性材料であるシリコン基板6aと２つの絶縁性基
板（図においては絶縁基板Ａ7a及び絶縁基板Ｂ8a）とが
接合されて構成され、ダイアフラム61を可動電極とする
コンデンサとして形成されている絶対圧検出部100 と固
定ギャップのコンデンサとして形成されている補償部20
0 とからなる。なお、図１において、測定圧を伝達する
ための圧力伝達媒体は明示されていないが、導圧孔71a
及び76を通ってそれぞれのコンデンサの内部に導入され
ている。
に、導電性材料であるシリコン基板6aと２つの絶縁性基
板（図においては絶縁基板Ａ7a及び絶縁基板Ｂ8a）とが
接合されて構成され、ダイアフラム61を可動電極とする
コンデンサとして形成されている絶対圧検出部100 と固
定ギャップのコンデンサとして形成されている補償部20
0 とからなる。なお、図１において、測定圧を伝達する
ための圧力伝達媒体は明示されていないが、導圧孔71a
及び76を通ってそれぞれのコンデンサの内部に導入され
ている。
【００２９】導電性材料であり、かつ優れた弾性材料で
あるシリコン基板6aには、絶対圧検出用のコンデンサの
可動電極となる絶対圧検出用ダイアフラム（図１では単
にダイアフラム）61と補償用のコンデンサを形成するた
めの凹み62とが両面あるいは上面からのプラズマエッチ
ングによって形成されている。
あるシリコン基板6aには、絶対圧検出用のコンデンサの
可動電極となる絶対圧検出用ダイアフラム（図１では単
にダイアフラム）61と補償用のコンデンサを形成するた
めの凹み62とが両面あるいは上面からのプラズマエッチ
ングによって形成されている。
【００３０】絶縁基板Ａ7aには、可動電極であるダイア
フラム61に対向する絶対圧検出用固定電極73と、補償用
固定電極77と、外部回路と接続するために上側表面に形
成されている、固定電極73の端子（図１では単に端子：
以後に示す全ての端子も同様）74a とシリコン基板6aの
端子75と補償用固定電極77の端子78と、固定電極73と端
子74a とを接続するためのスルーホールであり且つダイ
アフラム61へ測定圧Ｐを導びくための導圧孔71a と、シ
リコン基板6aと端子75とを接続するスルーホールである
貫通孔72と、固定電極77と端子78とを接続するためのス
ルーホールであり且つ補償用のコンデンサ内へ測定圧Ｐ
を導びくための導圧孔76とが形成されている。
フラム61に対向する絶対圧検出用固定電極73と、補償用
固定電極77と、外部回路と接続するために上側表面に形
成されている、固定電極73の端子（図１では単に端子：
以後に示す全ての端子も同様）74a とシリコン基板6aの
端子75と補償用固定電極77の端子78と、固定電極73と端
子74a とを接続するためのスルーホールであり且つダイ
アフラム61へ測定圧Ｐを導びくための導圧孔71a と、シ
リコン基板6aと端子75とを接続するスルーホールである
貫通孔72と、固定電極77と端子78とを接続するためのス
ルーホールであり且つ補償用のコンデンサ内へ測定圧Ｐ
を導びくための導圧孔76とが形成されている。
【００３１】絶縁基板Ｂ8aは平板状態である。
【００３２】絶縁基板Ａ7a及び絶縁基板Ｂ8aは、シリコ
ン基板6aの熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数をもつパイ
レックスガラス等の絶縁性材料からなっており、シリコ
ン基板6aと絶縁基板Ａ7a及び絶縁基板Ｂ8aとは静電接合
等の気密性を確保できる接合方法によって接合されてい
る。
ン基板6aの熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数をもつパイ
レックスガラス等の絶縁性材料からなっており、シリコ
ン基板6aと絶縁基板Ａ7a及び絶縁基板Ｂ8aとは静電接合
等の気密性を確保できる接合方法によって接合されてい
る。
【００３３】これらの固定電極73及び77と端子74a 、75
及び78とは、スパッタ法等の方法によりCr／Auの２層積
層構造のメタライズ層として形成されており、固定電極
73と端子74a 、シリコン基板6aと端子75及び固定電極77
と端子78は、それぞれ導圧孔71a 、貫通孔72及び導圧孔
76を通してメタライズ層によって接続されている。
及び78とは、スパッタ法等の方法によりCr／Auの２層積
層構造のメタライズ層として形成されており、固定電極
73と端子74a 、シリコン基板6aと端子75及び固定電極77
と端子78は、それぞれ導圧孔71a 、貫通孔72及び導圧孔
76を通してメタライズ層によって接続されている。
【００３４】真空基準室5aは、シリコン基板6aと絶縁基
板Ｂ8aとを真空中で静電接合等の方法で接合することに
よって形成される。
板Ｂ8aとを真空中で静電接合等の方法で接合することに
よって形成される。
【００３５】この実施例による絶対圧の検出は、図３に
示した従来例の場合と同様に、以下の方法による。
示した従来例の場合と同様に、以下の方法による。
【００３６】絶対圧検出用固定電極73の面積及び補償用
固定電極77の面積は同じでＳa とし、測定圧Ｐを受けて
いない状態における絶対圧検出用固定電極73とダイアフ
ラム61との距離と、補償用固定電極77とシリコン基板6a
の凹み62の底面との距離（補償用コンデンサのギャッ
プ）とが同じでｄa とし、測定圧Ｐを受けた時のダイア
フラム61の変位をΔa とすると、補償用コンデンサの静
電容量Ｃra、絶対圧測定用コンデンサの静電容量Ｃxa及
びΔa は次の式で表される。
固定電極77の面積は同じでＳa とし、測定圧Ｐを受けて
いない状態における絶対圧検出用固定電極73とダイアフ
ラム61との距離と、補償用固定電極77とシリコン基板6a
の凹み62の底面との距離（補償用コンデンサのギャッ
プ）とが同じでｄa とし、測定圧Ｐを受けた時のダイア
フラム61の変位をΔa とすると、補償用コンデンサの静
電容量Ｃra、絶対圧測定用コンデンサの静電容量Ｃxa及
びΔa は次の式で表される。
【００３７】 Ｃra＝ε0 εraＳa ／ｄa Ｃxa＝ε0 εraＳa ／（ｄa ＋Δa ） Δa ＝ｋa （Ｐ−Ｐva） ここで、ε0 は真空の誘電率、εraは前記コンデンサの
ギャップ部等に充填されている圧力伝達媒体の比誘電
率、ｋa は比例係数、Ｐvaは真空基準室5a内の圧力であ
る。
ギャップ部等に充填されている圧力伝達媒体の比誘電
率、ｋa は比例係数、Ｐvaは真空基準室5a内の圧力であ
る。
【００３８】ＣraとＣxaとを用いて、 ｆa ＝−（Ｃxa−Ｃra）／Ｃxa で定義されるｆa 値を求めると、 ｆa ＝Δa ／ｄa ＝ｋa （Ｐ−Ｐva）／ｄa となり、ｋa を予め求めておくことによって、ｆa 値よ
り（Ｐ−Ｐva）を算出することができる。通常、Ｐvaは
Ｐに比べて十分に小さいので、Ｐvaを無視することがで
き、上式によって絶対圧が算出できる。
り（Ｐ−Ｐva）を算出することができる。通常、Ｐvaは
Ｐに比べて十分に小さいので、Ｐvaを無視することがで
き、上式によって絶対圧が算出できる。
【００３９】この実施例においては、ｆa 値を算出する
ことによって、圧力伝達媒体の誘電率の温度や圧力によ
る変化が絶対圧測定に関係することを回避し、測定精度
を高めている。更に、絶対圧測定用コンデンサと補償用
コンデンサとを構造的に良く似た構成に配置し、共通の
圧力伝達媒体をその内部に充たし、且つｆa 値によって
絶対圧を算出することによって、圧力や温度による全体
の歪みの影響等も大幅に補償される。その結果、この実
施例の絶対圧検出器によれば、測定精度の非常に高い測
定が可能となる。
ことによって、圧力伝達媒体の誘電率の温度や圧力によ
る変化が絶対圧測定に関係することを回避し、測定精度
を高めている。更に、絶対圧測定用コンデンサと補償用
コンデンサとを構造的に良く似た構成に配置し、共通の
圧力伝達媒体をその内部に充たし、且つｆa 値によって
絶対圧を算出することによって、圧力や温度による全体
の歪みの影響等も大幅に補償される。その結果、この実
施例の絶対圧検出器によれば、測定精度の非常に高い測
定が可能となる。
【００４０】更に、外部回路と接続するための全ての端
子74a 等が絶縁基板Ａ7aの上面に形成されているので、
外部端子との接続が容易であり、外部端子の構造も単純
にできる。
子74a 等が絶縁基板Ａ7aの上面に形成されているので、
外部端子との接続が容易であり、外部端子の構造も単純
にできる。
【００４１】また、シリコン基板とパイレックスガラス
との組み合わせによって構成しているので、各種のＩＣ
加工技術が流用できるので小型化が容易である。
との組み合わせによって構成しているので、各種のＩＣ
加工技術が流用できるので小型化が容易である。
【００４２】図２はこの実施例の変形例であり、真空基
準室5bとして、ダイアフラム6aの凹み加工分に加えて絶
縁基板Ｂ8bに形成した凹み82を合わせもっている。図で
は、ダイアフラム6aの凹み加工分と凹み82とが同等に示
されているが、実際には、シリコン基板側は数μｍであ
るのに対して、凹み82は百μm のオーダーとされ、凹み
82をもつ真空基準室5bの体積は凹み82をもたない真空基
準室5aの体積の数倍から数10倍となる。真空基準室の体
積を大きくすることは、真空基準室の圧力Ｐvaをある一
定範囲内に維持（言い換えれば、所定の測定精度を維
持）することができる時間を長くし、信頼性を高める。
準室5bとして、ダイアフラム6aの凹み加工分に加えて絶
縁基板Ｂ8bに形成した凹み82を合わせもっている。図で
は、ダイアフラム6aの凹み加工分と凹み82とが同等に示
されているが、実際には、シリコン基板側は数μｍであ
るのに対して、凹み82は百μm のオーダーとされ、凹み
82をもつ真空基準室5bの体積は凹み82をもたない真空基
準室5aの体積の数倍から数10倍となる。真空基準室の体
積を大きくすることは、真空基準室の圧力Ｐvaをある一
定範囲内に維持（言い換えれば、所定の測定精度を維
持）することができる時間を長くし、信頼性を高める。
【００４３】なお、以上の実施例においては、絶対圧検
出用固定電極73の面積と補償用固定電極77の面積とが同
じであり、測定圧Ｐを受けていない状態における絶対圧
検出用固定電極73とダイアフラム61との距離と、補償用
コンデンサのギャップとが同じであるとして説明してき
たが、これらの値が異なる場合には、それぞれが同じで
ある状態にコンデンサの静電容量値を換算して、上述の
ｆa 値を算出すればよい。
出用固定電極73の面積と補償用固定電極77の面積とが同
じであり、測定圧Ｐを受けていない状態における絶対圧
検出用固定電極73とダイアフラム61との距離と、補償用
コンデンサのギャップとが同じであるとして説明してき
たが、これらの値が異なる場合には、それぞれが同じで
ある状態にコンデンサの静電容量値を換算して、上述の
ｆa 値を算出すればよい。
【００４４】
【発明の効果】この発明によれば、圧力に応じて変位す
る可動電極としてのダイアフラムを有する導電性基板
と、ダイアフラムに対向する位置に固定電極及び導圧孔
が設けられており、且つ導電性基板の熱膨張係数とほぼ
等しい熱膨張係数を有する絶縁性基板とが接合された構
造を有し、ダイアフラムと固定電極とで構成されるコン
デンサの静電容量値によって絶対圧を検出する絶対圧検
出手段と、圧力伝達媒体としての封入液と、圧力や温度
等による特性誤差を補償するための補償用手段とを備え
ている静電容量式絶対圧検出器において、絶対圧検出手
段のコンデンサ内には封入液が充填されており、補償用
手段が可動部をもたないコンデンサとして構成されてお
り、補償用のコンデンサ内には、絶対圧検出手段のコン
デンサ内と共通の封入液が導入されているので、圧力及
び温度による変形や誘電率の変化に伴う誤差が十分に補
償される。また、コンデンサ内部に測定圧が導入される
ので、ダイアフラムと固定電極とのギャップは広がる方
向となる。したがって、信頼性が高く、高精度な静電容
量式絶対圧検出器を提供することができる（請求項１の
発明）。
る可動電極としてのダイアフラムを有する導電性基板
と、ダイアフラムに対向する位置に固定電極及び導圧孔
が設けられており、且つ導電性基板の熱膨張係数とほぼ
等しい熱膨張係数を有する絶縁性基板とが接合された構
造を有し、ダイアフラムと固定電極とで構成されるコン
デンサの静電容量値によって絶対圧を検出する絶対圧検
出手段と、圧力伝達媒体としての封入液と、圧力や温度
等による特性誤差を補償するための補償用手段とを備え
ている静電容量式絶対圧検出器において、絶対圧検出手
段のコンデンサ内には封入液が充填されており、補償用
手段が可動部をもたないコンデンサとして構成されてお
り、補償用のコンデンサ内には、絶対圧検出手段のコン
デンサ内と共通の封入液が導入されているので、圧力及
び温度による変形や誘電率の変化に伴う誤差が十分に補
償される。また、コンデンサ内部に測定圧が導入される
ので、ダイアフラムと固定電極とのギャップは広がる方
向となる。したがって、信頼性が高く、高精度な静電容
量式絶対圧検出器を提供することができる（請求項１の
発明）。
【００４５】請求項１の発明において、コンデンサの静
電容量値を計測するための端子の全てが同一絶縁性基板
の外側表面上に形成されているので、外部回路との接続
が容易となり、外部回路側の構造も単純となる。したが
って、信頼性が高く、高精度で、組み立て良品率が優
れ、且つ組み立てが容易な静電容量式絶対圧検出器を提
供することができる（請求項２の発明）。
電容量値を計測するための端子の全てが同一絶縁性基板
の外側表面上に形成されているので、外部回路との接続
が容易となり、外部回路側の構造も単純となる。したが
って、信頼性が高く、高精度で、組み立て良品率が優
れ、且つ組み立てが容易な静電容量式絶対圧検出器を提
供することができる（請求項２の発明）。
【００４６】請求項１の発明または請求項２の発明にお
いて、導電性基板がシリコンであり、絶縁性基板がパイ
レックスガラスである。導電性材料としてのシリコン
は、弾性変形範囲が広く、素材の特性のばらつきが少な
く、ダイアフラム等の加工技術も確立されており、ダイ
アフラムを形成する材料としては理想的である。また、
絶縁材料としてのパイレックスガラスは、その熱膨張係
数がシリコンの熱膨張係数に極めて近く、接合材料を必
要としない静電接合で接合することができ、絶縁基板Ａ
及び絶縁基板Ｂには最適の材料である。したがって、小
型で、ヒステリシスが小さく、高精度で、信頼性が高
く、組み立て良品率が優れ、且つ組み立てが容易な静電
容量式絶対圧検出器を提供することができる（請求項３
の発明）。
いて、導電性基板がシリコンであり、絶縁性基板がパイ
レックスガラスである。導電性材料としてのシリコン
は、弾性変形範囲が広く、素材の特性のばらつきが少な
く、ダイアフラム等の加工技術も確立されており、ダイ
アフラムを形成する材料としては理想的である。また、
絶縁材料としてのパイレックスガラスは、その熱膨張係
数がシリコンの熱膨張係数に極めて近く、接合材料を必
要としない静電接合で接合することができ、絶縁基板Ａ
及び絶縁基板Ｂには最適の材料である。したがって、小
型で、ヒステリシスが小さく、高精度で、信頼性が高
く、組み立て良品率が優れ、且つ組み立てが容易な静電
容量式絶対圧検出器を提供することができる（請求項３
の発明）。
【図１】この発明による静電容量式絶対圧検出器の実施
例の構造を示す断面図
例の構造を示す断面図
【図２】実施例における真空基準室の１変形例の構造を
示す部分断面図
示す部分断面図
【図３】従来技術による静電容量式絶対圧検出器の１例
の構造を示す断面図
の構造を示す断面図
【図４】従来の他例の構造を示す断面図
11 金属部材Ａ 111 導圧孔 12 金属部材Ｂ 13 金属部材Ｃ ２ セラミックス部材 21 第１電極 22 第２電極 23 導圧孔 ３ 金属ダイアフラム 41 第１リード 42 第２リード 43 共通リード ５, 5a, 5b 真空基準室 ６, 6a シリコン基板 61 ダイアフラム 62 凹み ７, 7a 絶縁基板Ａ 71, 72 貫通孔 73 固定電極 74, 75, 74a, 78 端子 71a, 76 導圧孔 77 補償用固定電極 ８, 8a, 8b 絶縁基板Ｂ 81 導圧孔 82 凹み ９ 蓋100 , 100a 絶対圧検出部200 補償部
Claims (3)
- 【請求項１】圧力に応じて変位する可動電極としてのダ
イアフラムを有する導電性基板と、ダイアフラムに対向
する位置に固定電極及び導圧孔が設けられており、且つ
導電性基板の熱膨張係数とほぼ等しい熱膨張係数を有す
る絶縁性基板とが接合された構造を有し、ダイアフラム
と固定電極とで構成されるコンデンサの静電容量値によ
って絶対圧を検出する絶対圧検出手段と、圧力伝達媒体
としての封入液と、圧力や温度等による特性誤差を補償
するための補償用手段とを備えている静電容量式絶対圧
検出器において、 絶対圧検出手段のコンデンサ内には封入液が充填されて
おり、 補償用手段が可動部をもたないコンデンサとして構成さ
れており、 補償用のコンデンサ内には、絶対圧検出手段のコンデン
サ内と共通の封入液が導入されていることを特徴とする
静電容量式絶対圧検出器。 - 【請求項２】コンデンサの静電容量値を計測するための
端子の全てが同一絶縁性基板の外側表面上に形成されて
いることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式絶対
圧検出器。 - 【請求項３】導電性基板がシリコンであり、絶縁性基板
がパイレックスガラスであることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の静電容量式絶対圧検出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10291830A JP2000121473A (ja) | 1998-10-14 | 1998-10-14 | 静電容量式絶対圧検出器 |
| FR9912690A FR2784746A1 (fr) | 1998-10-14 | 1999-10-12 | Capteur de pression absolue a capacite electrique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10291830A JP2000121473A (ja) | 1998-10-14 | 1998-10-14 | 静電容量式絶対圧検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000121473A true JP2000121473A (ja) | 2000-04-28 |
Family
ID=17773979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10291830A Pending JP2000121473A (ja) | 1998-10-14 | 1998-10-14 | 静電容量式絶対圧検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000121473A (ja) |
| FR (1) | FR2784746A1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003322576A (ja) * | 2002-04-10 | 2003-11-14 | Hewlett Packard Co <Hp> | 圧力センサおよび圧力系統および圧力センサの製造方法 |
| JP2006194734A (ja) * | 2005-01-13 | 2006-07-27 | Nec Schott Components Corp | 圧力スイッチおよびその製造方法 |
| JP2008539666A (ja) * | 2005-04-25 | 2008-11-13 | アナログ デバイシス， インコーポレイテッド | マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマルチセンサ、ならびにそれらを生産する方法 |
| JP2016508615A (ja) * | 2013-02-28 | 2016-03-22 | エム ケー エス インストルメンツインコーポレーテッドＭｋｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 健全状態のリアルタイム監視および補償をする圧力センサ |
| JP2018132486A (ja) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | アズビル株式会社 | 静電容量型圧力センサ |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103278284B (zh) * | 2013-05-17 | 2015-03-18 | 江苏物联网研究发展中心 | 多补偿结构的高精度电容式压力传感器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5663506A (en) * | 1995-08-21 | 1997-09-02 | Moore Products Co. | Capacitive temperature and pressure transducer |
-
1998
- 1998-10-14 JP JP10291830A patent/JP2000121473A/ja active Pending
-
1999
- 1999-10-12 FR FR9912690A patent/FR2784746A1/fr active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003322576A (ja) * | 2002-04-10 | 2003-11-14 | Hewlett Packard Co <Hp> | 圧力センサおよび圧力系統および圧力センサの製造方法 |
| JP2006194734A (ja) * | 2005-01-13 | 2006-07-27 | Nec Schott Components Corp | 圧力スイッチおよびその製造方法 |
| JP4697853B2 (ja) * | 2005-01-13 | 2011-06-08 | エヌイーシー ショット コンポーネンツ株式会社 | 圧力スイッチおよびその製造方法 |
| JP2008539666A (ja) * | 2005-04-25 | 2008-11-13 | アナログ デバイシス， インコーポレイテッド | マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマルチセンサ、ならびにそれらを生産する方法 |
| JP4812139B2 (ja) * | 2005-04-25 | 2011-11-09 | アナログ デバイシス， インコーポレイテッド | マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマルチセンサ、ならびにそれらを生産する方法 |
| JP2016508615A (ja) * | 2013-02-28 | 2016-03-22 | エム ケー エス インストルメンツインコーポレーテッドＭｋｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 健全状態のリアルタイム監視および補償をする圧力センサ |
| US10458870B2 (en) | 2013-02-28 | 2019-10-29 | Mks Instruments, Inc. | Pressure sensor with real time health monitoring and compensation |
| JP2018132486A (ja) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | アズビル株式会社 | 静電容量型圧力センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2784746A1 (fr) | 2000-04-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4769738A (en) | Electrostatic capacitive pressure sensor | |
| JP3410095B2 (ja) | 基台装着式容量型圧力センサ | |
| EP0376632B1 (en) | Capacitive pressure sensor and method for minimizing the parasitic capacitance in a capacitive pressure sensor | |
| EP1218713B1 (en) | Capacitive pressure sensor | |
| US4168518A (en) | Capacitor transducer | |
| US6425290B2 (en) | Oil-less differential pressure sensor | |
| JP2639159B2 (ja) | 静電容量式差圧検出器 | |
| KR100486322B1 (ko) | 반도체압력센서 | |
| US4578735A (en) | Pressure sensing cell using brittle diaphragm | |
| US5635649A (en) | Multi-function differential pressure sensor with thin supporting base | |
| US4703658A (en) | Pressure sensor assembly | |
| EP0198018A1 (en) | Capacitive sensing cell made of brittle material | |
| GB2156078A (en) | Electrical pressure sensor | |
| EP1309840B1 (en) | Capacitive based pressure sensor design | |
| JP2000121473A (ja) | 静電容量式絶対圧検出器 | |
| JPH07174652A (ja) | 半導体圧力センサ及びその製造方法並びに圧力検出方法 | |
| JP2000121475A (ja) | 静電容量式圧力検出器 | |
| JP3106939B2 (ja) | 静電容量式圧力検出装置 | |
| JPH11241968A (ja) | 静電容量型圧力センサ及びその製造方法 | |
| JP2595756B2 (ja) | 静電容量式差圧検出器 | |
| GB2266962A (en) | Capacitive differential pressure detector | |
| JPH11241966A (ja) | 静電容量式圧力検出器 | |
| JPH02262032A (ja) | 絶対圧型半導体圧力センサ | |
| JP2000065666A (ja) | 差圧センサ | |
| WO1991015742A2 (en) | Pressure sensing capacitor, and transducer |