JP2012058024A - 圧力センサー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧力センサー10は、容器と、容器の一部を形成し、力を受けて容器の内側または外側に変位する受圧手段と、受圧手段の周縁部24cから受圧手段の変位方向と並行に延出し、端部を前記受圧手段の中央部24a側に屈曲した支持手段34と、感圧部と前記感圧部の両端の各々に接続される第1及び第2の基部40a,40bとを有し、第1及び第2の基部40a,40bとの並ぶ方向が前記受圧手段の変位方向と並行であって、前記第1の基部40aを受圧手段の中央部24aに固定し、第2の基部40bを支持手段34に固定した感圧素子40と、を備え、支持手段34は、材質の異なる2以上の部材を変位方向に接続し、支持手段34の熱膨張係数と感圧素子40の熱膨張係数が同等となるように部材の長さの比率を調整した。
【選択図】図1
Description
図7は特許文献1に開示された圧力センサーの模式図である。特許文献1の圧力センサー340は、フランジ端板344、ハーメ端子台346、円筒側壁348から構成された中空円筒体のハウジング342を有し、フランジ端板344とハーメ端子台346の開口には第1及び第2のダイアフラム350、352によって内外を遮蔽するように取り付けられている。ハウジング342の内部は第1及び第2のダイアフラム350、352の内面の中央領域を相互に接続するセンターシャフト354が配置されている。またセンターシャフト354と並行して、その周囲に複数の支持棒362a、362bが配置されている。センターシャフト354の途中には感圧素子受け代としての可動部356が一体的に設けられ、この可動部356に検出軸をダイアフラムの受圧面と垂直な軸と並行に設定した双音叉振動子からなる感圧素子358の一端部を取り付けている。また感圧素子358の他端部はハーメ端子台346のボス部360に接続させている。これにより受圧用の第1のダイアフラム350と大気圧用の第2のダイアフラム352の差圧によりセンターシャフト354が軸方向に移動すると、これに追随して可動部356が位置を変動し、この力が感圧素子358の検出軸方向への作用力を発生させるようにしている。
[適用例1]容器と、前記容器の一部を形成し、力を受けて前記容器の内側または外側に変位する受圧手段と、前記受圧手段の周縁部から前記受圧手段の変位方向と並行に延出し、端部を前記受圧手段の中央部側へ屈曲した支持手段と、感圧部と前記感圧部の両端の各々に接続される第1及び第2の基部とを有し、前記第1及び第2の基部との並ぶ方向が前記受圧手段の変位方向と並行であって、前記第1の基部を前記受圧手段の中央部に固定し、前記第2の基部を前記支持手段に固定した感圧素子と、を備え、前記支持手段は、材質の異なる部材を2以上の部材を前記変位方向に接続し、前記支持手段の熱膨張係数と前記感圧素子の熱膨張係数が同等となるように前記部材の長さの比率を調整したことを特徴としている。
前記受圧手段は、前記感圧素子の材料の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する材料により形成され、前記2以上の部材は、一方が前記受圧手段と同質の材料により形成され、他方が前記感圧素子の熱膨張係数より高い熱膨張係数を有する材料により形成されたことを特徴とする適用例1に記載の圧力センサー。
前記受圧手段は、前記感圧素子の材料の熱膨張係数より高い熱膨張係数を有する材料により形成され、前記2以上の部材は、一方が前記受圧手段と同質の材料により形成され、他方が前記感圧素子の熱膨張係数より低い熱膨張係数を有する材料により形成されたことを特徴とする適用例1に記載の圧力センサー。
受圧手段をステンレスで形成することにより、十分な強度を有しつつ圧力感度の高い受圧手段とすることができる。また感圧素子を水晶で形成することにより、製造コストを低減することができる。
図1に第1実施形態に係る圧力センサーの斜視図(XZ面で切断した断面図)を示す。図2に第1実施形態に係る圧力センサーの断面図を示し、図2(a)はXZ面で切断した断面図、図2(b)はYZ面で切断した断面図である。なお、図1、2に示されるXYZは直交座標系を形成しており、以後用いられる図についても同様に適応する。第1実施形態に係る圧力センサー10は、ハウジング12とダイアフラム24とを容器として、そのダイアフラム24を備えた容器の収容空間に、支持手段34、感圧素子40等を有している。そして圧力センサー10は、例えばハウジング12内部を大気開放した場合には、大気圧を基準としてダイアフラム24の外側から液圧を受ける液圧センサーとして利用できる。またハウジング12内を真空封止した場合には、真空を基準とした絶対圧センサーとして利用できる。
そこで支持手段34の支柱36を構成する第1及び第2の部材の許容誤差について以下検討する。
従って0℃〜50℃の範囲で0.025γLだけの変化以下にする必要がある。
本実施形態において支持手段に用いるステンレスは支持手段の熱膨張係数と前記感圧素子の熱膨張係数が同等となるように前記部材の長さの比率を厳密に調整することにより、熱膨張を感圧素子に合わせることができる。
このときの熱膨張差をYとすると、0℃〜50℃の範囲ではY=50×Δ×(α1−α2)と表すことができる。
ここでα1とα2は材質の異なる2つのステンレス(第1及び第2の部材)の熱膨張係数をそれぞれ示している。
このときY<Xは次式で表すことができる。
第2実施形態に係る圧力センサー50は、第1実施形態の圧力センサー10と基本構成は同一であるが、支持手段及び支持台の構成が異なる。その他の構成要素は第1実施形態の構成要素と同一であり、同一符号を付して詳細な説明を省略する。第2実施形態の圧力センサー50は支持手段52と支持台54の材質が異なるように構成されている。具体的に支持手段52は、第1実施形態の支持手段34と同一形状、同一配置であるが、単一の部材から構成されている。また支持台54は感圧素子40の第1の基部40aとダイアフラム24の中央部24aの間に略L字型に形成されている。支持手段52と支持台54のうち支持手段52はダイアフラム24と同質の材料、すなわちステンレスのような金属やセラミックなどの耐腐食性に優れたものを用いている。そして支持台54は、ダイアフラム24の材質が感圧素子40の材質の熱膨張係数よりも大きい場合には、感圧素子40よりも熱膨張係数が小さい材質を採用し、ダイアフラム24の材質が感圧素子40の材質の熱膨張係数よりも小さい場合には、感圧素子40よりも熱膨張係数が大きい材質を採用している。
第3実施形態に係る圧力センサー70は、第1実施形態の圧力センサー10と基本構成は同一であるが、支持手段及び支持台の構成が異なる。その他の構成要素は第1実施形態の構成要素と同一であり、同一符号を付して詳細な説明を省略する。第3実施形態の圧力センサー70は支持手段72と第1及び第2の支持台74、76の材質が異なるように構成されている。具体的に支持手段72は、第1実施形態の支持手段34と同一形状であるが、単一の部材から構成されている。また第1の支持台と第2の支持台は支持手段72とは異なる同質の材料から構成されている。第1の支持台74は感圧素子40の第1の基部40aとダイアフラム24の中央部24aの間に略L字型に形成されている。第2の支持台76は感圧素子40の第2の基部40bと支持手段72の支持部72aの間に形成されている。支持手段72と第1及び第2の支持台74,76のうち支持手段72はダイアフラム24と同質の材料、すなわちステンレスのような金属やセラミックなどの耐腐食性に優れたものを用いている。そして第1及び第2の支持台74,76は、ダイアフラム24の材質が感圧素子40の材質の熱膨張係数よりも大きい場合には、感圧素子40よりも熱膨張係数が小さい材質を採用し、ダイアフラム24の材質が感圧素子40の材質の熱膨張係数よりも小さい場合には、感圧素子40よりも熱膨張係数が大きい材質を採用している。
Claims (5)
- 容器と、
前記容器の一部を形成し、力を受けて前記容器の内側または外側に変位する受圧手段と、
前記受圧手段の周縁部から前記受圧手段の変位方向と平行に延出し、端部を前記受圧手段の中央部側に屈曲した支持手段と、
感圧部と前記感圧部の両端の各々に接続される第1及び第2の基部とを有し、前記第1及び第2の基部との並ぶ方向が前記受圧手段の変位方向と平行であって、前記第1の基部を前記受圧手段の中央部に固定し、前記第2の基部を前記支持手段に固定した感圧素子と、
を備え、
前記支持手段は、材質の異なる2以上の部材を前記変位方向に接続し、前記支持手段の熱膨張係数と前記感圧素子の熱膨張係数が同等となるように前記部材の長さの比率を調整したことを特徴とする圧力センサー。 - 前記2以上の部材は、
一方を前記受圧手段と同質の材質とし、
他方を前記受圧手段の材質の熱膨張係数が前記感圧素子の材質の熱膨張係数よりも大きい場合には、前記感圧素子よりも熱膨張係数が小さい材質を採用し、前記受圧手段の材質の熱膨張係数が前記感圧素子の材質の熱膨張係数よりも小さい場合には、前記感圧素子よりも熱膨張係数が大きい材質を採用することを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー。 - 前記感圧素子は水晶により形成され、前記受圧手段はステンレスにより形成されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧力センサー。
- 容器と、
前記容器の一部を形成し、力を受けて前記容器の内側または外側に変位する受圧手段と、
前記受圧手段の周縁部から前記受圧手段の変位方向と平行に延出し、端部を前記受圧手段の中央部側に屈曲した支持手段と、
感圧部と前記感圧部の両端の各々に接続される第1及び第2の基部とを有し、前記第1及び第2の基部との並ぶ方向が前記受圧手段の変位方向と平行であって、前記第1の基部を前記受圧手段の支持台に固定し、前記第2の基部を前記支持手段に固定した感圧素子と、
を備え、
前記支持手段及び前記支持台は、材質の異なる2以上の部材からなり、前記支持手段及び前記支持台の熱膨張係数と前記感圧素子の熱膨張係数が同等となるように前記部材の長さの比率を調整したことを特徴とする圧力センサー。 - 前記受圧手段、前記感圧素子、前記支持手段は、前記容器に対して、さらにもう一組配設されたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の圧力センサー。
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