JP2014235072A - 物理量測定センサ - Google Patents
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【解決手段】リードピン31に絶縁状態でベース23を取り付け、リードピン31と電気的に接続されて被測定流体の物理量変化による電気信号及び温度による電気信号を出力する検出部24をベース23に設け、検出部24を囲むように筒状のハウジング22を配置し、ハウジング22に隔膜25を気密接合し、リードピン31、ベース23、検出部24、隔膜25及びハウジング22で囲われた領域に封入液Lを封入し、リードピン31に均熱板8を取り付け、均熱板8とリードピン31とをリードピン接合部91を介して接合した。
【選択図】図1
Description
図7において、従来例1の圧力センサは、継手101にセンサモジュール102を取り付け、センサモジュール102に、出力補正及び温度補正を行うASIC回路部103と電流又は電圧等の必要な電気出力形態を変換するための変換回路部104とをそれぞれ電気的に接続し、これらの回路部103,104に電気信号を入出力する端子部105を電気的に接続した構造である。
センサモジュール102は、筒状のハウジング106にベース107を介して検出部108を設け、この検出部108に対向して隔膜109をハウジング106に設けた構造であり、ベース107、検出部108及び隔膜109で囲まれた空間に封入液Lが封入されている。隔膜109は、検出部108に被測定流体が直接触れないようにするためのものであり、封入液Lは、隔膜109から検出部108に圧力を伝達するためにオイル等から構成されている。
この従来例2では、通電によって発熱した発熱素子の熱は、感熱機構が配置された基板から熱伝達しても途中の放熱基板で放熱され、感熱機構が配置された基板へ伝播しないので、発熱素子の熱を感熱機構に熱伝達することを防止できる。さらに、感熱機構の検知温度が実際の圧力検知素子の温度よりも高温とならず温度差が大きくならないので、感熱機構の検知温度を用いて温度補正を行った信号は実際の圧力に対する誤差が低減し、出力精度の向上を図ることができる。さらに、時間が経過しても、発熱素子の熱が感熱機構へ熱伝導しないので、感熱機構の温度は時間の経過とともに上昇していくことはない。そのため、電源投入後に時間が経過しても、安定した出力精度を維持することができる。
さらに、従来例とは異なり、放熱板が不要とされるので、ベースと均熱板とを近接配置することが可能となり、物理量測定センサの小形化を図ることができる。
この構成では、均熱板の異なる位置からベースに熱が伝わることになり、封入液の温度分布をより均一にして温度変化による影響をより少なくすることができる。
この構成では、ベースと均熱板とが密着されることで、封入液の温度分布をより均一化することができる。そのため、温度変化による影響をより少なくすることができる。
この構成では、ベースと均熱板との間に隙間があっても、この隙間を熱伝達媒体、例えば、アルミニウムや銅からなる板材や、シリコン液を介在させることで、ベースと均熱板との間の熱伝達を効率的に行い、温度変化による影響をより少なくすることができる。
この構成では、接合材で接合するためのパターンが挿通孔のベースと対向する面には形成されていないので、均熱板にリードピンを接合材で接合、例えば、半田付けしても、接合材(半田)が挿通孔を通ってベースに伝わることがない。そのため、ベースが金属製とされた際に、リードピンがベースと短絡することがない。
この構成では、均熱板の両面及び側面において接合材で接合されるパターンが形成されるため、均熱効果を高いものにできる。
この構成では、ベース本体と隔膜との間にスペーサが設けられているので、封入液の量を少なくすることとができる。温度誤差の原因となる封止液の量を少なくすることで、測定精度を向上させることができる。
図1は、本実施形態にかかる物理量測定センサの断面図であり、図2は、物理量測定センサの要部断面図である。本実施形態では物理量測定センサは被測定流体の圧力を測定する圧力センサである。
図1及び図2において、物理量測定センサは、継手1と、継手1に取り付けられたセンサモジュール2と、センサモジュール2と電気的に接続されたリードピン31と、センサモジュール2の継手1とは反対側に配置されたASIC回路部4と、ASIC回路部4のセンサモジュール2とは反対側に配置された変換回路部5とを備えている。センサモジュール2、リードピン31、ASIC回路部4及び変換回路部5の周囲が筒状のケース6で覆われている。ケース6は、その一端部が継手1に気密接合され、他端部が端子部7と気密接合されている。センサモジュール2には均熱板8が設けられている。
継手1の軸芯には被測定流体を配管から導入する圧力導入孔10が貫通して形成されている。
取付部21は、その内部に圧力導入孔10から導入された被測定流体を案内する案内部21Aが形成されている。
ハウジング22は、取付部21とは反対側の面であって内周部に近接する位置に環状の係合突起22Aを有する。
ベース本体231は、リードピン31が挿通されるピン挿通孔231Aが形成され中央部に検出部24が取り付けられた板状部233と、ピン挿通孔231Aに設けられリードピン31を気密状態で取り付けるための絶縁部材234とを有する。なお、本実施形態では、ベース本体231とリードピン31とを備えて気密端子3が構成されている。
スペーサ232は、ベース本体231の隔膜25に対向する面に、接着剤、ガラス、低融点ガラス等により接着固定され、リードピン31と干渉しないための孔232Aと検出部24と干渉しないための孔232Bとが形成されている。
絶縁部材234は、ガラスから構成されている。
板部241には図示しない歪みゲージ等の検知部(図示せず)が設けられている。検知部はボンディングワイヤ240を介してリードピン31の先端と電気的に接続されている。検知部は、圧力により抵抗値が変化する圧力検知機能と、温度により抵抗値が変化する温度検出機能とを有する。
角筒部242は、板状部233に形成された連通孔233Aを介してケース6の内部に連通されている。
隔膜25の断面は波状に形成されている。隔膜25の外周縁部はハウジング22の取付部21と対向する面に気密状態で取り付けられている。ハウジング22、気密端子3、検出部24及び隔膜25で囲われた領域に封入液Lが封入されている。封入液Lは、被測定流体により隔膜25にかかる力を検出部24の板部241に伝達するものであり、オイル等から構成されている。
ASIC40は、圧力及び温度の補正演算を行う電子部品である。
基板41は、センサモジュール2及び均熱板8から離れて配置されており、その両端部が支持部材42で支持されている。支持部材42は、その端部が継手1に固定されている。
変換回路素子50は、電流又は電圧等の必要な電気出力形態変換するトランジスタからなる電子部品であり、圧力センサの使用時には、電子部品に通電することで発熱が生じる。つまり、本実施形態では、変換回路素子50が発熱素子となる。
第一基板51は基板41から離れて配置されており、その両端部が支持部材510で支持されている。
第二基板52は第一基板51から離れて配置されており、その両端部が図示しない支持部材で第一基板51に支持されている。第二基板52には回路が設けられており、回路はコード53を介して端子部7に電気的に接続されている。
リードピン31は6本配置されている。図1及び図2では、リードピン31は2本図示されているが、これらの2本のリードピン31を挟んで紙面貫通方向にそれぞれ2本ずつ配置されている。
蓋部材71は、ケース6の端部に外周部が接合され板部711と、板部711の中心部に設けられた筒状部712とを有し、筒状部712の内周面が取付孔71Aとされる。
端子ホルダー72は、取付孔71Aに気密状態で取り付けられ、その中央部に端子73が貫通されている。端子73の端部はコード53の端部と接続されている。
均熱板8の中央部分には6本のリードピン31が挿通される挿通孔8A(図1及び図2では2箇所のみ示す)が形成されている。
均熱板8は、絶縁部材234を構成するガラスより伝熱性の高い絶縁性材料から形成されている。ここで、絶縁性材料は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア等の熱伝導性に優れた材料を用いることが望ましい。
図3(A)に示される通り、リードピン接合部91は、均熱板8のベース本体231とは反対側の面(表面)のみにおいて、挿通孔8Aの周縁を含む領域にメッキ等から環状に形成されたパターンである。リードピン接合部91は、リードピン31の設置位置に応じて6カ所形成されているが、隣り合うリードピン31同士の短絡を防止するために、所定間隔離れている。
封入液Lの温度と検出部24の温度とは常に同じになるとは限らず、周囲温度や変換回路素子50の発熱の影響により、温度差が生じてしまう。また、圧力センサの電源投入後の時間経過によって温度差が生じることもある。
しかし、本実施形態では、リードピン31から封入液Lに伝わる熱がリードピン接合部91を介して均熱板8に伝達されるので、封入液Lでの熱分布の偏在が少なくなり、封入液Lの温度が部位にかかわらず均一となるので、検出部24と封入液Lとの温度差が小さくなる。
(1)リードピン31の一端側に絶縁状態でベース23を取り付け、リードピン31と電気的に接続されて被測定流体の物理量変化による電気信号及び温度による電気信号を出力する検出部24をベース23に設け、検出部24を囲むように筒状のハウジング22を配置し、ハウジング22に隔膜25を気密接合し、リードピン31、ベース23、検出部24、隔膜25及びハウジング22で囲われた領域に封入液Lを封入し、リードピン31に均熱板8を取り付け、均熱板8とリードピン31とをリードピン接合部91を介して接合したから、リードピン31から熱が伝わる封入液Lと検出部24との温度差が小さくなり、適正な測定を行うことができる。しかも、電源投入後に時間が経過しても、封入液Lと検出部24との温度が均衡しているので、出力が安定する。その上、低い圧力レンジにおいても、精度の高い測定が可能となる。しかも、本実施形態では、均熱板8とベース23との間に放熱のためのスペースが不要となるので、均熱板8とベース23との間を近接させることができるので、圧力センサの小形化を図ることができる。
(7)均熱板8とベース23とを互いに密着させることにより、均熱効果をより高いものにできる。
(9)ベース本体231と均熱板8との間に伝熱性がありかつベース本体231と均熱板8とにそれぞれ密着した熱伝達媒体Hを設ければ、ベース23と均熱板8との間に隙間があっても、ベース23と均熱板8との間の熱伝達を効率的に行い、温度変化による影響をより少なくすることができる。
図4は、実施例において、電源投入後経過時間とリードピン及び検出部温度出力との関係を示すグラフである。
図4に示される通り、実施例は実施形態の構成を有する圧力センサであり、この実施例では、リードピンと検出部温度出力との温度差は、温度均衡後において、0.5℃以下であり、電源投入直後からのリードピンと検出部温度出力との温度差は、時間経過に伴う変化はあまりみられなかった。
図5に示される通り、比較例では、リードピンと検出部温度出力との温度差は、温度均衡後において、3.0℃もあり、電源投入直後からのリードピンと検出部温度出力との温度差は、時間経過に伴って徐々に増加したことがかわった。
以上の通り、均熱板を用いた実施例と均熱板を用いていない比較例とでは、リードピンと検出部との温度差に大きな相違が生じ、しかも、電源投入後に時間が経過しても、温度差の増減において大きな相違が生じることがわかった。
例えば、前記実施形態では、均熱板8を絶縁性材料から形成したが、本発明では、別の材料、例えば、導電性材料から形成するものでもよい。導電性材料としては、例えば、アルミや銅等が望ましい。ただし、均熱板8を導電性材料から形成した場合、リードピン31同士が互いに短絡しないようにするため、リードピン31は均熱板8に絶縁性接着剤で固定される。
また、リードピン31の本数は6本に限定されるものではなく、リードピン31の均熱板8への取付位置も限定されるものではない。すなわち、リードピン31は複数のリードピン接合部92で均熱板8と接合しているものであれば、その具体的な構成は限定されるものではない。
さらに、ベース本体231の中央部分に突起を設け、この突起に係合する係合孔を均熱板8の中央部分に形成するものでもよい。この構成では、ベース23への均熱板8への位置決めを容易に行うことができる。
また、伝熱性接合部9をリードピン接合部91とベース接合部92とから構成したが、本発明では、リードピン接合部91のみから構成するものでもよい。ベース接合部92を設ける場合には、複数箇所設けてもよい。さらに、本発明に適用される物理量測定センサは圧力センサに限定されることはなく、例えば、差圧センサや温度センサにも適用可能である。
Claims (7)
- 電気信号を取り出すためのリードピン及び前記リードピンが絶縁状態で取り付けられるベースを有する気密端子と、
前記ベースに設けられ前記リードピンと電気的に接続されて被測定流体の物理量変化による電気信号及び温度による電気信号を出力する検出部と、
前記検出部を囲むように配置された筒状のハウジングと、
前記ハウジングに気密接合され前記検出部と対向する隔膜と、
前記気密端子、前記検出部、前記隔膜及び前記ハウジングで囲われた領域に封入された封入液と、
前記リードピンに取り付けられる均熱板と、を備え、
前記均熱板と前記リードピンとはリードピン接合部を介して接合されていることを特徴とする物理量測定センサ。 - 請求項1に記載された物理量測定センサにおいて、
前記均熱板は前記ベースの端部とベース接合部を介して接合されていることを特徴とする物理量測定センサ。 - 請求項1又は請求項2に記載された物理量測定センサにおいて、
前記ベースと前記均熱板とは密着されていることを特徴とする物理量測定センサ。 - 請求項1又は請求項2に記載された物理量測定センサにおいて、
前記ベースと前記均熱板との間に伝熱性がありかつ前記ベースと前記均熱板とにそれぞれ密着した熱伝達媒体が設けられていることを特徴とする物理量測定センサ。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載された物理量測定センサにおいて、
前記リードピン接合部は、前記均熱板の前記ベースとは反対側の面のみにおいて前記リードピンが挿通する挿通孔の周縁を含む領域に形成されたパターンであることを特徴とする物理量測定センサ。 - 請求項2ないし請求項5のいずれかに記載された物理量測定センサにおいて、
前記ベース接合部は、前記均熱板の前記ベースに対向する面に形成されたパターンと、前記均熱板の前記ベースと対向する面とは反対側の面に形成されたパターンと、これらのパターンの間に形成されたスルーホールとを備えたことを特徴とする物理量測定センサ。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載された物理量測定センサにおいて、
前記ベースは、前記リードピンが挿通されるピン挿通孔が形成され前記検出部が取り付けられた板状部、及びこの板状部のピン挿通孔に設けられ前記リードピンを前記板状部とは電気的に絶縁状態で支持するための絶縁部材を有するベース本体と、このベース本体の前記隔膜に対向する面に前記リードピンと前記検出部とにそれぞれ干渉しないように配置されたスペーサとを備えたことを特徴とする物理量測定センサ。
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