JP2001305000A - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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JP2001305000A
JP2001305000A JP2001037231A JP2001037231A JP2001305000A JP 2001305000 A JP2001305000 A JP 2001305000A JP 2001037231 A JP2001037231 A JP 2001037231A JP 2001037231 A JP2001037231 A JP 2001037231A JP 2001305000 A JP2001305000 A JP 2001305000A
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JP
Japan
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diaphragm
pressure chamber
movable electrode
pressure sensor
peripheral edge
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Pending
Application number
JP2001037231A
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English (en)
Inventor
Toshinori Yamasue
利紀 山末
Teruhisa Ishihama
照久 石濱
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.)
Omron Corp
Pacific Industrial Co Ltd
Taiheiyo Kogyo KK
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
Pacific Industrial Co Ltd
Taiheiyo Kogyo KK
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Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co, Pacific Industrial Co Ltd, Taiheiyo Kogyo KK filed Critical Omron Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数が少なく、密閉空間の内圧、例え
ば、自動車タイヤ内の空気圧を高精度で測定できる小型
の圧力センサを提供することにある。 【解決手段】 上方に膨出するダイヤフラム3の周辺縁
部をベース端子5の平坦部5aに固着一体化して基準圧
力室10を形成する。そして、前記ダイヤフラム3の上
面に可動電極2を固着一体化する。さらに、前記基準圧
力室10に前記ダイヤフラム3を介して隣接し、かつ、
外部と通気可能な外部圧力室13を形成する。ついで、
この外部圧力室13内で前記可動電極2に所定間隔で対
向するように固定電極4を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧力センサ、特に、
密閉空間の内圧、例えば、自動車タイヤ内の空気圧、コ
ンプレッサーのタンク内の圧力を測定する静電容量式圧
力センサに関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、気
圧を測定する通常の圧力センサは大気圧を基準とし、そ
れとの差圧を測定して圧力を測定していた。このため、
大気を導入する開放機構を設ける必要があり、密閉空間
の内圧測定は極めて困難であった。また、前記開放機構
を設けると、部品点数が多くなるとともに、小型化でき
ないという問題点があった。
【0003】本願発明は、前記問題点に鑑み、部品点数
が少なく、密閉空間の内圧を高精度で測定できる小型の
圧力センサを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる圧力セン
サは、前記目的を達成するため、上方に膨出する隔膜の
周辺縁部をベース部材に固着一体化して基準圧力室を形
成するとともに、前記隔膜の上面を可動電極とする一
方、前記基準圧力室に前記隔膜を介して隣接し、かつ、
外部と通気可能な外部圧力室を形成し、この外部圧力室
内で前記可動電極に所定間隔で対向するように固定電極
を配置した構成としてある。したがって、本発明によれ
ば、外部圧力室の変化に対して基準圧力室を形成する隔
膜が板厚方向に変位し、外部圧力室内で対向する固定電
極および可動電極間の距離が変化する。このため、静電
容量の変化を測定して密閉空間の内圧を検出できる。ま
た、隔膜を可動電極に兼用しているので、部品点数の少
ない小型の圧力センサが得られる。
【0005】また、上方に膨出する隔膜の周辺縁部をベ
ース部材に固着一体化して基準圧力室を形成するととも
に、前記隔膜の上面に別体の可動電極を固定する一方、
前記基準圧力室に前記隔膜を介して隣接し、かつ、外部
と通気可能な外部圧力室を形成し、この外部圧力室内で
前記可動電極に所定間隔で対向するように固定電極を配
置した構成としてある。したがって、本発明によれば、
隔膜の上面中央部に所望の大きさの可動電極を取り付け
て静電容量を大きくできるので、高精度の圧力センサが
得られる。
【0006】さらに、下方に膨出する隔膜の下面周辺縁
部を環状スペーサを介して固定電極の上面周辺縁部に固
着一体化して基準圧力室を形成するとともに、前記隔膜
の下面を前記固定電極に所定間隔で対向する可動電極と
した構成としてある。また、下方に膨出する隔膜の下面
周辺縁部を環状スペーサを介して固定電極の上面周辺縁
部に固着一体化して基準圧力室を形成するとともに、前
記隔膜の下面に別体の可動電極を前記固定電極に所定間
隔で対向するように配置した構成であってもよい。この
圧力センサによれば、前述の効果に加え、可動電極と固
定電極とが密閉された基準圧力室内で対向する。このた
め、塵埃の付着や酸等による腐蝕が生じないので、動作
不良を防止でき、耐久性,信頼性に優れた圧力センサが
得られる。
【0007】そして、同一方向に膨出する1組の隔膜を
環状スペーサを介して積み重ね、両者を所定の間隔で平
行に対向させて基準圧力室を形成するとともに、一方の
隔膜を固定電極とする一方、他方の隔膜を可動電極とし
た構成としてもよい。この圧力センサによれば、同一方
向に膨出する可動電極および固定電極を環状スペースを
介して積み重ねてある。このため、均一なギャップを得
やすく、かつ、広い対向面積を確保できるので、高感度
の圧力センサが得られる。さらに、同一方向に膨出して
いるので、温度変化や振動,衝撃に対して両者は同様に
変化する。このため、気圧の変化以外の外乱があって
も、対向面間の距離は変化しにくい。この結果、誤動作
しにくく、信頼性の高い圧力センサが得られる。
【0008】ついで、前記圧力センサは、前記基準圧力
室内に液体を充填した構成であってもよい。一般に基準
圧力室内に充填した液体は気体よりも温度変化による影
響を受けにくい。このため、外部温度による外乱を受け
にくく、信頼性の高い圧力センサが得られるという効果
がある。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の圧力センサにかかる実施
形態を図1ないし図8の添付図面に従って説明する。
【0010】第1実施形態は、図1および図2に示すよ
うに、リング状スペーサ1の下面環状段部1bに、可動
電極2を固着一体化したダイヤフラム3を固定する一
方、前記スペーサ1の上面環状段部1aに、前記可動電
極2に所定の間隔で対向するように固定電極4を配置し
たものである。すなわち、前記ダイヤフラム3は上方に
膨出した形状を有し、その中央部3aが平坦面であると
ともに、その周囲に同心円状の凹凸面3bが形成されて
いる。ただし、前記平坦部3aの大きさは必要に応じて
変更できる。そして、前記ダイヤフラム3は、その上面
中央部3aに前記可動電極2を固着一体化するととも
に、その下面周辺縁部をベース端子5の平坦部5aの上
面に固着一体化して基準圧力室10を形成してある。な
お、前記平坦部5aの下面は絶縁シート6で裏打ちされ
ている。
【0011】一方、前記固定電極4は環状の絶縁シート
7を介してフィルター8を積み重ねてある。前記固定電
極4には、外周縁部近傍に不連続な通気孔4aが形成さ
れているとともに、外周縁部から固定端子4bが延在し
ている。このため、前記ダイヤフラム3と前記固定電極
4との間に外部環境に通気可能な外部圧力室13が形成
されている。そして、断面略コ字形のシールド板9を前
記スペーサ1の外周面に嵌合することにより、前記可動
電極2等が収納されている。前記シールド板9は外周縁
部近傍に不連続な通気孔9aを形成しているとともに、
外周面から端子9bが延在している。なお、前記シール
ド板9の本体は直径16mm、高さ3mmの外形寸法を
有している。
【0012】前記圧力センサは、例えば、図9(a)に
示すような検出回路に接続されている。そして、圧力セ
ンサの静電容量Cを測定することにより、図9(b)に
示すように周波数fから外部環境の圧力Pを求めること
ができる。
【0013】次に、前述の構成からなる圧力センサの動
作について説明する。基準圧力室10が外部圧力室13
の外部圧力と釣り合っている場合には、可動電極2が固
定電極4に所定の間隔で対向している。そして、前述の
外部圧力が低下すると、前記ダイヤフラム3が膨張し、
可動電極2が固定電極4に接近して静電容量が増大し、
外部圧力の低下を検出できる。一方、外部圧力が増大す
ると、前記ダイヤフラム3が押し込まれ、可動電極2が
固定電極4から離れて静電容量が減少し、外部圧力の増
大を検出できる。
【0014】第2実施形態は、図3および図4に示すよ
うに、前述の第1実施形態と同様であり、異なる点はダ
イヤフラム3の中央部3a自体を可動電極とした場合で
ある。なお、必要に応じて、前記中央部3aの平坦面の
面積を拡大してもよい。また、前記ダイヤフラム3の上
面にメッキを施して静電容量を増大させてもよい。他は
前述の実施形態とほぼ同様であるので、説明を省略す
る。本実施形態によれば、別体の可動電極が不要となる
ので、部品点数,組立工数が少なくなり、生産性が向上
する。さらに、ダイヤフラム3が軽量になるので、応答
特性が向上するという利点がある。
【0015】第3実施形態は、図5および図6に示すよ
うに、下方に膨出するダイヤフラム3の中央部3aの下
面に固着した可動電極2と固定電極4とを、基準圧力室
10内で対向させた場合である。すなわち、環状スペー
サ1の上面に前記ダイヤフラム3の下面周辺縁部を固着
一体化する一方、前記スペーサ1の下面に固定電極4を
固着一体化することにより、基準圧力室10内で可動電
極2と固定電極4とが所定の間隔で対向している。さら
に、前記ダイヤフラム3の上面周辺縁部に環状のベース
端子5が固着されている。このベース端子5は外周縁部
から端子5bを延在している。そして、前記ベース端子
5にフィルター8を介して断面略コ字形のシールド板9
を嵌合一体化することにより、圧力センサが構成されて
いる。なお、前記シールド板9に設けた通気孔9aを介
して外部環境と連通する外部圧力室13が、前記シール
ド板9と前記ダイヤフラム3との間に形成されている。
また、前記固定電極4は、その下面周辺縁部に配置した
環状の絶縁シート6を介してシールド板9から絶縁され
ている。本実施形態によれば、可動電極2および固定電
極4の対向面が基準圧力室10内に位置しているので、
塵埃の混入や酸等の腐蝕を防止でき、耐久性,信頼性の
の高い圧力センサが得られるという利点がある。
【0016】第4実施形態は、図7および図8に示すよ
うに、同一形状のダイヤフラム3,11を環状スペーサ
1を介して同一方向に積み重ねることにより、基準圧力
室10を形成した場合である。すなわち、可動電極とな
る上方ダイヤフラム3は、その上面周辺縁部に環状ベー
ス端子5が固着一体化されている。そして、固定電極と
なる下方ダイヤフラム11は、その下面周辺縁部に環状
ベース端子12が固着一体化されている。そして、前記
ベース端子5およびベース端子12は、フィルター8お
よび環状の絶縁シート6を介して断面略コ字形のシール
ド板9からそれぞれ絶縁されている。ただし、前記シー
ルド板9に設けた通気孔9aを介して外部環境に通気可
能な外部圧力室13が、前記シールド板9と前記ダイヤ
フラム3との間に形成されている。
【0017】次に、第4実施形態の動作について説明す
る。外部圧力室13と基準圧力室10とが釣り合ってい
る場合には、上方ダイヤフラム3と下方ダイヤフラム1
1とは所定の均一な間隔で対向している。そして、外部
圧力室13の外部圧力が高まると、基準圧力室10が圧
縮されて上方,下方ダイヤフラム3,11が接近し、静
電容量が増大する。逆に、前述の外部圧力が低下する
と、上方,下方ダイヤフラム3,11が離れて静電容量
が減少する。したがって、静電容量の増減に基づいて外
部圧力の変化を検出できる。
【0018】本実施形態では、上方,下方ダイヤフラム
3,11が同一形状であるので、温度変化や衝撃,振動
が生じても、両者は同様に変化する。このため、圧力以
外の影響を受けにくく、誤動作しにくい。また、上方,
下方ダイヤフラム3,11相互の対向面積が大きいの
で、大きな静電容量が得られ、高感度の圧力センサを得
られるという利点がある。
【0019】前述の実施形態では、基準圧力室内に気体
を充填した場合について説明したが、液体を充填しても
よい。液体としては、例えば、シリコンオイル等が挙げ
られる。このように液体を基準圧力室内に充填しておく
と、前記液体は温度の影響を気体よりも受けにくいの
で、温度変化による外乱を受けにくく、測定精度が向上
するという利点がある。また、自動車タイヤ内の空気圧
を検出する場合には、例えば、空気バルブに分離可能に
一体化され、かつ、発信回路を備えたセンサを、ホィー
ルに取り付けて使用してもよい。なお、前記ダイヤフラ
ムは前述の形状に限らず、中央部の周囲に同心円状の凹
凸面を設けないものであってもよい。また、前記ダイヤ
フラムから端子部を直接延在し、外部回路に接続しても
よい。
【0020】
【発明の効果】本発明の圧力センサによれば、基準圧力
室と外部環境との圧力差により、隔膜が厚さ方向に変位
して静電容量を変化させる。このため、静電容量を測定
することにより、外部圧力を測定できるので、従来例の
ような開放機構を必要としない圧力センサが得られると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明にかかる圧力センサの第1実施形態
を示す分解斜視図である。
【図2】 図1で示した圧力センサの組立断面図であ
る。
【図3】 本願発明にかかる圧力センサの第2実施形態
を示す分解斜視図である。
【図4】 図3で示した圧力センサの組立断面図であ
る。
【図5】 本願発明にかかる圧力センサの第3実施形態
を示す分解斜視図である。
【図6】 図5で示した圧力センサの組立断面図であ
る。
【図7】 本願発明にかかる圧力センサの第4実施形態
を示す分解斜視図である。
【図8】 図7で示した圧力センサの組立断面図であ
る。
【図9】 本願発明の圧力センサを接続するための検出
回路(図(a))、および、その出力特性を示したグラ
フ図(図(b))である。
【符号の説明】
1…スペーサ、2…可動電極、3,11…ダイヤフラム
(隔膜)、4…固定電極、5,12…ベース端子(ベー
ス部材)、5a…平坦部、6,7…絶縁シート、8…フ
ィルター、9…シールド板、10…基準圧力室、13…
外部圧力室。
フロントページの続き (72)発明者 石濱 照久 京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不 動堂町801番地 オムロン株式会社内 Fターム(参考) 2F055 AA11 AA12 BB20 CC02 DD20 EE25 FF43 FF49 GG12 GG25 HH09

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上方に膨出する隔膜の周辺縁部をベース
    部材に固着一体化して基準圧力室を形成するとともに、
    前記隔膜の上面を可動電極とする一方、前記基準圧力室
    に前記隔膜を介して隣接し、かつ、外部と通気可能な外
    部圧力室を形成し、この外部圧力室内で前記可動電極に
    所定間隔で対向するように固定電極を配置したことを特
    徴とする圧力センサ。
  2. 【請求項2】 上方に膨出する隔膜の周辺縁部をベース
    部材に固着一体化して基準圧力室を形成するとともに、
    前記隔膜の上面に別体の可動電極を固定する一方、前記
    基準圧力室に前記隔膜を介して隣接し、かつ、外部と通
    気可能な外部圧力室を形成し、この外部圧力室内で前記
    可動電極に所定間隔で対向するように固定電極を配置し
    たことを特徴とする圧力センサ。
  3. 【請求項3】 下方に膨出する隔膜の下面周辺縁部を環
    状スペーサを介して固定電極の上面周辺縁部に固着一体
    化して基準圧力室を形成するとともに、前記隔膜の下面
    を前記固定電極に所定間隔で対向する可動電極としたこ
    とを特徴とする圧力センサ。
  4. 【請求項4】 下方に膨出する隔膜の下面周辺縁部を環
    状スペーサを介して固定電極の上面周辺縁部に固着一体
    化して基準圧力室を形成するとともに、前記隔膜の下面
    に別体の可動電極を前記固定電極に所定間隔で対向する
    ように配置したことを特徴とする圧力センサ。
  5. 【請求項5】 同一方向に膨出する1組の隔膜を環状ス
    ペーサを介して積み重ね、両者を所定の間隔で平行に対
    向させて基準圧力室を形成するとともに、一方の隔膜を
    固定電極とする一方、他方の隔膜を可動電極としたこと
    を特徴とする圧力センサ。
  6. 【請求項6】 前記基準圧力室内に液体を充填したこと
    を特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の
    圧力センサ。
JP2001037231A 2000-02-18 2001-02-14 圧力センサ Pending JP2001305000A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2838188A1 (fr) * 2002-06-14 2003-10-10 Siemens Vdo Automotive Boitier pour capteur de pression de pneumatique et capteur correspondant
EP1394521A1 (en) * 2002-08-07 2004-03-03 Omron Co., Ltd. Small capacitive pressure sensor with insert molding, moving electrode and diaphragm

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FR2838188A1 (fr) * 2002-06-14 2003-10-10 Siemens Vdo Automotive Boitier pour capteur de pression de pneumatique et capteur correspondant
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