JP2020159918A - 圧力センサ - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、封入された液体の温度変化に伴う膨張、収縮を吸収するべくメタルダイアフラムの大きな変位を得ることができる液封型圧力センサが開示されている(特許文献1参照)。また、ダイアフラムの外周に凸部が設けられ、零点ドリフトの発生を抑える圧力検出装置が開示されている(特許文献2参照)。
図1は、本発明の実施形態に係る圧力センサ10の構成を示す断面図である。図2は、本実施形態に係る圧力センサ10の圧力導入ポート7を取り外した構成を示す斜視図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付して、適宜説明を省略する。
圧力センサ10は、ベース部材1、ダイアフラム2、センサチップ3、台座4、液体5、複数の端子6、及び、圧力導入ポート7を備える。
ベース部材1は、底面の中央部分が凹むように空間が形成された高さの低い円柱形状(碗形状)である。ベース部材1は、圧力センサ10の本体部分の外形を形成するハウジングの機能を有する。ベース部材1は、例えば金属製である。
液体5は、ダイアフラム2に加えられた圧力をセンサチップ3に伝達する物質である。液体5は、例えばシリコンオイルである。液体5は、ベース部材1のセンサチップ3が収容された空間を完全に満たすように充填される。液体5は、ベース部材1の底面に設けられたダイアフラム2の裏面と全面的に隙間なく接触する。
図3は、2つの凸部21,22が設けられたダイアフラム2の一例を側面から見た側面図である。
まず、凸部21,22を設ける基本的な設計方法について説明する。
温度変化によりベース部材1の内部の液体5が膨張又は収縮すると、センサチップ3に膨張圧又は収縮圧がかかるため、圧力を印加していなくても、圧力センサ10の出力に変動が生じる。これを軽減するために、ダイアフラム2を薄くすることで、内部の膨張圧を緩和する。具体的には、ダイアフラム2の有効外周径(測定対象の流体と接触する有効面の外周の直径)が6mm以上の場合、ダイアフラム2の厚さを10μm以上30μm以下とする。
センサチップ3がシリコン単結晶の感圧素子で構成され、感圧素子内の拡散抵抗によりブリッジ回路が形成されている場合について説明する。この場合、感圧素子に圧力が加わると、ブリッジ回路に不均衡が生じて、出力端に電圧差が生じる。この電圧差を検出することで、圧力が測定される。
凸部21,22は、ダイアフラム2と同じ中心の同心円の輪状である。内側凸部21は、ダイアフラム2の有効外周径の半分の長さよりも短い外周径である。外側凸部22は、ダイアフラム2の有効外周径の半分の長さよりも長い外周径である。
ダイアフラム2は、厚さが20μm、有効外周径が12.5mmである。
外側凸部22は、輪状の内側の直径が9.4mm、輪状の外側の直径が11mm、中央に位置する頂点部分の直径が10.2mmである。
図4は、本実施形態に係る圧力センサ10の温度特性を示す特性図である。
図4に示すように、基準温度25度に対して、約0度から約50度までの測定範囲であれば、ほぼ一次的なカーブと見ることができる。したがって、温度補償抵抗の追加による温度補償で、温度特性を改善することができる。なお、デジタル手法による温度補償を同時に行ってもよい。
本実施形態によれば、有効外周径が6mm以上のダイアフラム2において、ダイアフラム2の厚さを10〜30μmとし、径の小さい輪状の凸部21と径の大きい輪状の凸部22を、圧力センサ10としての温度特性が一次的なカーブに近似されるように配置することで、圧力センサ10の温度特性変動(温度による出力変動量又は出力変動挙動)を簡易で高精度な温度補償をすることができる。
Claims (4)
- 圧力を測定するセンサ部と、
前記センサ部が収容される空間に充填される液体と、
表面に受けた測定対象の流体からの圧力が前記液体を介して前記センサ部に伝達され、前記表面における前記流体と接触する有効面の有効外周直径が6mm以上、及び、厚さが10μm以上30μm以下であり、温度特性が2次的なカーブから1次的なカーブに近似されるように、前記有効外周直径の半分より短い直径の輪状の内側凸部及び前記有効外周直径の半分より長い直径の輪状の外側凸部が同じ中心で前記表面に設けられたダイアフラムと
を備えることを特徴とする圧力センサ。 - 前記ダイアフラムは、前記流体との接触による腐食に対する耐性を有すること
を特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。 - 前記温度特性に基づく温度補償をするための温度補償抵抗
を備えることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。 - 圧力を測定するセンサ部が収容される空間に液体が充填された圧力センサの製造方法であって、
表面に受けた測定対象の流体からの圧力が前記液体を介して前記センサ部に伝達され、前記表面における前記流体と接触する有効面の有効外周直径が6mm以上、及び、厚さが10μm以上30μm以下であるダイアフラムに、温度特性が2次的なカーブから1次的なカーブに近似されるように、前記有効外周直径の半分より短い直径の輪状の内側凸部及び前記有効外周直径の半分より長い直径の輪状の外側凸部を前記ダイアフラムと同じ中心で前記表面に設けること
を含むことを特徴とする圧力センサの製造方法。
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