JP2009243889A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの使用状態に合わせて検出値と出力値との調整を最適に行うことができる圧力センサを提供する。
【解決手段】受圧部１の検出値と出力端子５０の出力値との対応関係を調整可能な圧力センサは、受圧部１が所定の圧力状態に置かれる場合に出力値を予め定められた基準出力値に一致させる処理を実行する第１モードと、出力値をダウンスイッチ５５ｂまたはアップスイッチ５５ｃの操作によって基準出力値に調整することを許容する第２モードとが切替手段５ａを介して切替え可能に構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力を検出する受圧部の検出値に対応する出力値を出力する圧力センサに関する。

この種の圧力センサにおいては、センサ自体の経年変化や使用条件等に応じて、検出圧力に対応する出力値を調整可能にしている。かかる検出値と出力値との調整方法としては、従前より、半固定抵抗器やトリマブル抵抗器等からなるトリマを設け、検出値と出力値との間に一定のバイアスを掛けて調整する方法が採用されている。

ここで、かかるトリマによる調整方法では、ユーザが手作業で調整を行わなければならず煩雑である。そのため、近年、真空状態における出力値を自動的に０に調整するようにバイアス値を自動調整するオートゼロ調整機能を備えるものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開昭６０−１３８６１９号公報

しかしながら、ユーザの設備によっては真空状態を実現することができず、オートゼロ調整機能を十分に活用することができないとの不都合があった。

本発明は、上記事情に鑑みて、ユーザの選択により検出値と出力値との調整を最適に行うことができる圧力センサを提供することを目的とする。

第１発明の圧力センサは、圧力を検出する受圧部の検出値と該検出値に対応する出力値との対応関係を調整可能な圧力センサであって、前記受圧部が所定の圧力状態に置かれる場合に前記出力値を予め定められた基準出力値に一致させる処理を実行する第１モードと、前記検出値に対する前記出力値をユーザの操作によって調整することを許容する第２モードとを切替える切替手段と、ユーザが該切替手段で切り替えられる第１および第２モードを選択するための操作を行う操作部とを備えることを特徴とする。

第１発明の圧力センサによれば、受圧部の検出値を予め定められた基準出力値に一致させる処理が実行される第１モードと、ユーザの操作によって出力値を調整することが許容される第２モードとが切替可能に構成される。そのため、ユーザは、自己の設備や環境等の使用状態に応じて、第１モードと第２モードとを選択することができ、当該圧力センサにより第１モードが実行できない使用状態でも、第２モードを選択して使用することができる。一方、ユーザは、第１モードが使用できる場合には、第１モードを選択して簡易に受圧部の検出値を基準出力値に一致させることができる。このように、本発明の圧力センサによれば、ユーザの選択により検出値と出力値との調整を最適に行うことができる。

第２発明の圧力センサは、第１発明の圧力センサにおいて、前記所定の前記圧力状態における前記基準出力値を設定する設定手段を備えることを特徴とする。

第２発明の圧力センサによれば、所定の圧力状態において、出力される基準出力値を設定することができる。そのため、例えば、所定の圧力状態が真空状態である場合に基準出力値を０に設定して０点の調整を第１モードまたは第２モードで調整する場合のみならず、所定の圧力状態がユーザの設備によって実現可能な中真空または低真空状態である場合に、これに対応した基準出力値を設定して第１モードまたは第２モードで調整することができる。これにより、ユーザの使用状態に合わせて検出値と出力値との調整を最適に行うことができる。

第３発明の圧力センサは、第１または第２発明の圧力センサにおいて、前記検出値に対する前記出力値を調整可能な範囲として調整限界点がある場合に、該調整限界点に対する現時点の調整量に応じた表示を行う表示手段を備えることを特徴とする。

第３発明の圧力センサによれば、検出値と出力値との調整範囲に調整限界点がある場合に、表示手段には調整限界点に対する現時点の調整量に応じた表示が行われる。そのため、ユーザは、現時点の調整量が調整限界点に近いのか否かを知ることができ、検出値と出力値との調整を最適に保つ指標とすることができる。

第４発明の圧力センサは、第３発明の圧力センサにおいて、前記表示手段は、前記切替手段が前記第１モードに切り替えられている場合と第２モードに切り替えられている場合とで異なる表示を行うことを特徴とする。

第４発明の圧力センサによれば、ユーザによって第１モードが選択された場合と第２モードが選択された場合とで異なる表示が表示手段になされる。そのため、ユーザは、かかる表示から現在の動作状態を知ることができると共に、前述のように、検出値と出力値との調整を最適に保つ指標とすることができる。

以下、本発明の一実施形態としての圧力センサについて説明する。図１は、圧力センサの構成を示すブロック図であり、図２は、圧力センサにおける処理を示すフローチャートである。

本実施形態の圧力センサは、被測定圧力に応じた静電容量を検出するダイアフラム構造を備えたものであり、特に真空に近い圧力を測定するのに適している。

図１に示すように、本実施形態の圧力センサは、圧力を検出する受圧部１と、受圧部１を加熱する加熱手段としてのヒータ２と、受圧部１の温度を検出する受圧部温度センサ３（本発明の温度検出手段に相当する）と、受圧部温度センサ３によって検出された温度が予め設定された設定温度となるようにヒータ２の加熱量を制御するヒータ制御回路４（本発明の制御手段に相当する）と、当該圧力センサにおける各種演算処理を実行するコントローラ５とを備える。

受圧部１は、静電容量式のセンサチップより構成された容量センサ１１を備える。容量センサ１１の構成は、例えば本出願人による特開２００２−２６７５５９号、特開２００６−３２３４号に記載されている構成と同じであるので、本明細書での詳細な説明は省略するが、容量センサ１１は、圧力の印加に応じてひずみが生じるセンサダイアフラムを備え、センサダイアフラムが撓んで、センサチップの固定電極と可動電極との間隔が変化することによるコンデンサの容量値の変化を検出して出力する。

容量センサ１１から出力されたコンデンサの容量値の変化に対応する信号は、容量検出回路２１に入力される。容量検出回路２１では、入力された容量値の変化に対応する信号を増幅して、半波整流または全波整流回路とローパスフィルタとにより直流検出信号に変換される。

ヒータ２は、通電量に応じた発熱量を発生する電熱線であって受圧部１に巻回されて、受圧部１全体を加熱する。ヒータ２は、ヒータ制御回路４を介して接続された外部電源６から電力の供給を受けて発熱する。

受圧部温度センサ３は、受圧部１の容量センサ１１に隣接する位置に設けられ、受圧部１の温度に対応する信号を受圧部温度検出回路２３に出力する。受圧部温度検出回路２３は、入力された受圧部温度に対応する信号を増幅等して直流検出信号に変換して出力する。

また、各回路２１〜２３に隣接する位置には、受圧部１と回路２１〜２３との温度差による影響を補正するための参照温度を検出する回路温度検出回路２４が設けられている。回路温度検出回路２４は、図示しない温度センサを備えて回路２１〜２３の部分の温度を検出し、検出した回路部分の温度に対応する信号を増幅等して直流検出信号に変換して出力する。

さらに、電源電圧検出回路２６には、外部電源６が接続されている。電源電圧検出回路２６は、外部電源６の出力電圧を検出する電圧センサを備え、該電圧センサからの出力信号を増幅等して直流検出信号に変換して出力する。

各回路２１〜２４，２６から出力された直流検出信号は、アナログ‐デジタル変換回路３０を介して、デジタル信号に変換されてコントローラ５に入力される。

コントローラ５は、少なくともＣＰＵを含む演算処理に必要な各種ハードウェアにより構成される。コントローラ５には、アナログ‐デジタル変換回路３０を介して入力された各回路２１〜２４，２６からの信号に各種演算処理を行い、演算処理結果に応じた出力を行う。

コントローラ５による主な演算処理としては、容量検出回路２１から出力された容量センサ１１の検出値を、回路温度検出回路２４から出力された参照温度の検出値を用いて補正する処理を実行する。そして、算出された補正後の検出値をデジタル‐アナログ変換回路４０を介してアナログ信号に変換し、デジタル‐アナログ変換回路４０に接続された出力端子５０から所定の電圧（０〜１０［Ｖ］）で出力する。

また、コントローラ５は、切替手段５ａおよび設定手段５ｂを含む。切替手段５ａおよび設定手段５ｂは、コントローラ５と共通のハードウェアによって構成され、所定のプログラムが後述のデータメモリ５６から読み込まれることにより所定の処理を実行する。

具体的に、切替手段５ａは、操作部５５からの選択信号に応じて、受圧部１が所定の圧力状態に置かれる場合に出力端子５０から出力される出力値を予め定められた基準出力値に一致させる処理を実行する第１モードと、出力端子５０からの出力値を後述の操作部５５の操作によってユーザが手動で基準出力値に調整することを許容する第２モードとを切替える。

設定手段５ｂは、ユーザによる操作部５５の操作により、所定の圧力状態における基準出力値を設定する。

コントローラ５には、出力端子５０のほか、ローダ通信ポート５１と、イベント出力端子５２と、イベント動作ＬＥＤ５３と、ステータスＬＥＤ５４と、操作部５５と、データメモリ５６とが接続されている。

ローダ通信ポート５１は、外部機器（コンピュータやデータロガー）に接続可能な入出力ポートであって、外部機器へのデータの出力のほか、外部機器からの当該圧力センサの設定および設定変更が可能となっている。

イベント出力端子５２は、ウォームアップ完了の有無のほか、計測圧力が予め設定された所定の圧力に到達したか否か、後述のエラー検知の有無により、所定の信号を出力する。この場合、１つのイベント出力端子５２を設定により選択的に用いてもよいが、それぞれの動作に連動する複数の出力端子を設けてもよい。

イベント動作ＬＥＤ５３は、イベント出力端子５２の出力状態／遮断状態に連動して、点灯／消灯する表示素子としての発光ダイオードである。なお、上述のように、複数の動作状態に応じてイベント出力端子５２の出力信号を変更する場合には、１つのイベント動作ＬＥＤ５３を各動作状態に対応させて、点灯のさせ方（点滅間隔）や点灯色を変更してもよいが、それぞれの動作状態に対応する複数の動作ＬＥＤを設けてもよい。

ステータスＬＥＤ５４は、後述の操作部５５に連動して、赤色、緑色または橙色に点灯（点滅）／消灯する表示素子としての発光ダイオードである。

操作部５５は、受圧部１の検出値に対する出力端子５０の出力値の調整を行うスイッチであって、オートスイッチ５５ａと、ダウンスイッチ５５ｂ及びアップスイッチ５５ｃと、基準出力値設定スイッチ５５ｄとで構成されている。

オートスイッチ５５ａは、受圧部１を所定の圧力状態に置いたときに、当該スイッチをＯＮさせることで、コントローラ５の切替手段５ａにより前記第１モードに切り替えられる。これにより、コントローラ５は、出力端子５０の出力値を予め定められた基準出力値に一致させるような、次式（１）のバイアス値（調整量）を自動的に演算して設定する処理を実行する。なお、当該圧力センサは、出荷時には受圧部１を真空状態に置いて基準出力値が０になるように設定されているが、後述の基準出力値設定スイッチ５５ｄにより所定の圧力状態において出力される値を基準出力値として設定することができる。

（出力値）＝（検出値）＋（バイアス値） ・・・・・（１）

一方、ダウンスイッチ５５ｂまたはアップスイッチ５５ｃは、これがＯＮされると、コントローラ５の切替手段５ａにより前記第２モードに切り替えられる。これにより、ユーザによるダウンスイッチ５５ｂまたはアップスイッチ５５ｃの操作に応じた手動の調整が可能となる。かかるダウンスイッチ５５ｂまたはアップスイッチ５５ｃの操作信号がコントローラ５に入力され、これに応じたバイアス値（調整量）がコントローラ５により設定される。すなわち、ユーザがダウンスイッチ５５ｂを１回ＯＮさせる毎に、コントローラ５は出力端子５０の出力をマイナスの側にシフトさせるバイアス値を設定し、アップスイッチ５５ｃを１回ＯＮさせる毎に、出力端子５０の出力をプラスの側にシフトさせるバイアス値を設定する。

基準出力値設定スイッチ５５ｄは、これがＯＮされると、コントローラ５の設定手段５ｂは、その時点で出力端子５０から出力されている出力値を基準出力値として設定する。すなわち、出力端子５０から出力される出力値は、前式（１）の関係があるところ、予め既知の圧力状態に受圧部１を置いて、出力値が当該既知の圧力値となるように、バイアス値を調整する。この状態で、ユーザが基準出力値設定スイッチ５５ｄをＯＮすると、設定手段５ｂは当該出力値を基準出力値として設定する。かかる設定により、次にユーザがオートスイッチ５５ａをＯＮすると、コントローラ５により、出力値が設定された基準圧力値となるようにバイアス値が自動調整される。

例えば、ユーザは、自己の設備（基準器）によって実現される圧力状態が１．３３ｋ［Ｐａ］（１０［ｔｏｒｒ］）である場合に、かかる圧力状態に受圧部１を置いた上で、当該圧力センサから出力される出力値をモニタし、当該出力値が１．３３ｋ［Ｐａ］となるように、ダウンスイッチ５５ｂ及びアップスイッチ５５ｃを操作する。そして、出力値を１．３３ｋ［Ｐａ］に合わせ込んだ状態で、基準出力値設定スイッチ５５ｄをＯＮすることで、当該圧力状態における出力値が基準出力値として１．３３ｋ［Ｐａ］に設定される。これ以降、基準出力値を変更するまで、ユーザは、受圧部１を基準器によって実現される１．３３ｋ［Ｐａ］の圧力状態において、オートスイッチ５５ａをＯＮすることで、検出値と出力値の誤差を操作するような最適なバイアス値を算出して設定する。

以上が、本実施形態の圧力センサの全体構成である。

次に、図２のフローチャートを参照して、出力端子５０から出力される出力値の調整処理について説明する。

まず、コントローラ５は、操作部５５のオートスイッチ５５ａがＯＮされることにより第１モードに切替られているか否かを判定する（ＳＴＥＰ１）。

そして、切替手段５ａにて第１モードに切り替えられている場合には（ＳＴＥＰ１でＹＥＳ）、コントローラ５は、基準出力値を取得する（ＳＴＥＰ２）。ここで、基準出力値は、初期状態では０であり、基準出力値設定スイッチ５５ｄにより新たな基準出力値が設定されている場合には、かかる設定された値である。

次いで、コントローラ５は、受圧部１の検出値に対する出力端子５０の出力値をＳＴＥＰ２で取得した基準出力値に一致させるバイアス値を演算する（ＳＴＥＰ３）。これにより、簡易に受圧部１の検出値を基準出力値に一致させることができる。

このとき、ステータスＬＥＤ５４は、第１モードによるオート処理が実行されていることを示す点滅（１秒間に３回点灯と消灯を繰り返す点滅）を行い、かつ、その点灯色は、バイアス可変範囲（調整限界点）に対する現時点のバイアス値（調整量）に応じた表示を行う。具体的には、ステータスＬＥＤ５４は、バイアス可変範囲がフルスパンの±２０％である場合において、現時点のバイアス値がフルスパンの±５％の範囲内である場合には緑色の点灯色で点滅が行われ、±５％より大きく２０％以下のときは橙色の点灯色で点滅が行われる。これにより、ユーザは、現時点の調整量が調整限界点に近いのか否かを知ることができ、当該圧力センサの交換時期を予測しつつ検出値と出力値との調整を最適に維持することができる。

そして、コントローラ５は、ＳＴＥＰ３で算出されたバイアス値を受圧部１に対する出力値の調整量として設定し、これをデータメモリ５６に記憶する（ＳＴＥＰ５）。これにより、センサ自体の経年変化や使用条件等に応じて発生する検出値と出力値との誤差を相殺し、圧力センサの検出精度を向上させることができる。

一方、ダウンスイッチ５５ｂまたはアップスイッチ５５ｃが操作され、切替手段５ａにて第２モードに切り替えられている場合には（ＳＴＥＰ１でＮＯ）、コントローラ５は、ユーザによるダウンスイッチ５５ｂまたはアップスイッチ５５ｃの操作に応じたバイアス値に変更する（ＳＴＥＰ４）。

このとき、ステータスＬＥＤ５４は、第２モードによる手動操作状態であることを示すフラッシュ点滅（１秒間に９回点灯と消灯を繰り返す点滅）を行い、かつ、その点灯色は、バイアス可変範囲（調整限界点）に対する現時点のバイアス値（調整量）に応じた表示を行う。具体的に点灯色は、第１モードが選択されている場合と同様、バイアス可変範囲がフルスパンの±２０％である場合において、現時点のバイアス値がフルスパンの±５％の範囲内である場合には緑色の点灯色で点滅が行われ、±５％より大きく２０％以下のときは橙色の点灯色で点滅が行われる。これにより、ユーザは、第２モードによるマニュアル状態においても、現時点の調整量が調整限界点に近いのか否かを知ることができ、当該圧力センサの交換時期を予測しつつ検出値と出力値との調整を最適に維持することができる。

そして、コントローラ５は、かかるバイアス値を受圧部１に対する出力値の調整量として設定し、これをデータメモリ５６に記憶する（ＳＴＥＰ５）。これにより、ユーザが手動で調整した調整量により検出値と出力値との誤差を相殺し、圧力センサの検出精度を向上させることができる。なお、バイアス値の可変範囲やステータスＬＥＤ５４の点灯方法は本実施例に限らない。

以上のように、本実施形態の圧力センサによれば、ユーザは、自己の設備や環境等の使用状態に応じて、第１モードと第２モードとを選択することができる。さらに、予め基準出力値をユーザの設備（基準器）によって実現される圧力状態に設定しておくことで、ユーザの設備によっては真空状態が実現できない場合にも、簡易に検出値と出力値との調整をすることができる。このように、ユーザの使用状態に合わせて検出値と出力値との調整を最適に行うことができる。

本実施形態の圧力センサの構成を示す図。 本実施形態の圧力センサにおける処理を示すフローチャート。

符号の説明

１…受圧部、２…ヒータ（加熱手段）、３…受圧部温度センサ（温度検出手段）、４…ヒータ制御回路（制御手段）、５…コントローラ（切替手段、設定手段）、５ａ…切替手段、５ｂ…設定手段、６…外部電源、１１…容量センサ、２１…容量検出回路、２３…受圧部温度検出回路、２４…回路温度検出回路、２６…電源電圧検出回路、３０…アナログ‐デジタル変換回路、４０…デジタル‐アナログ変換回路、５０…出力端子、５１…ローダ通信ポート、５２…イベント出力端子、５３…イベント動作ＬＥＤ、５４…ステータスＬＥＤ（表示手段）、５５…操作部、５５ａ…オートスイッチ、５５ｂ…ダウンスイッチ、５５ｃ…アップスイッチ、５５ｄ…基準出力値設定スイッチ、５６…データメモリ。

Claims (4)

1. 圧力を検出する受圧部の検出値と該検出値に対応する出力値との対応関係を調整可能な圧力センサであって、
   前記受圧部が所定の圧力状態に置かれる場合に前記出力値を予め定められた基準出力値に一致させる処理を実行する第１モードと、前記検出値に対する前記出力値をユーザの操作によって調整することを許容する第２モードとを切替える切替手段と、
   ユーザが該切替手段で切り替えられる第１および第２モードを選択するための操作を行う操作部と
   を備えることを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１の圧力センサにおいて、
   前記所定の前記圧力状態における前記基準出力値を設定する設定手段を備えることを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項１または２記載の圧力センサにおいて、
   前記検出値に対する前記出力値を調整可能な範囲として調整限界点がある場合に、該調整限界点に対する現時点の調整量に応じた表示を行う表示手段を備えることを特徴とする圧力センサ。
4. 請求項３記載の圧力センサにおいて、
   前記表示手段は、前記切替手段が前記第１モードに切り替えられている場合と第２モードに切り替えられている場合とで異なる表示を行うことを特徴とする圧力センサ。

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