JP2984420B2 - 差圧センサ - Google Patents

差圧センサ

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JP2984420B2
JP2984420B2 JP3168267A JP16826791A JP2984420B2 JP 2984420 B2 JP2984420 B2 JP 2984420B2 JP 3168267 A JP3168267 A JP 3168267A JP 16826791 A JP16826791 A JP 16826791A JP 2984420 B2 JP2984420 B2 JP 2984420B2
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信幸 飛田
潔 田中
藤男 佐藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は差圧センサに係り、特
に、受圧部に設けた歪みゲージを利用して受圧部の2つ
の面のそれぞれに加わる2つの被測定流体の差圧を検出
し、受圧部の周囲に形成された部分から差圧検出信号を
引き出すように構成した差圧センサに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の差圧センサの構成例を図3に基づ
き説明する。差圧センサ100は、3つのブロック部材
100a,100b,100cから構成され、これらの
ブロック部材は、それぞれの間にシールダイヤフラム1
01が介設され且つボルト102で結合されることによ
り、図示される如く2つの流体103aと103bがそ
れぞれ導入される内部空間とシリコンオイル104が充
填される内部空間とを形成している。105aは流体1
03aを導入する孔であり、105bは流体103bを
導入するための孔である。ブロック部材100bはダイ
ヤフラム部材設置箇所106と前記シリコンオイル10
4を連通させる孔107を有する。設置箇所106にダ
イヤフラム部材108を設置することによりシリコンオ
イル104は2つの部分に分離される。ダイヤフラム部
材108は接着剤等でブロック部材100bに接合され
る。
【0003】上記のダイヤフラム部材108は受圧部を
有し、図3中受圧部の上面に例えばシリコン単結晶の膜
を形成し、更にこのシリコン単結晶膜を利用して歪みゲ
ージを形成している。ダイヤフラム部材108の受圧部
では、表裏の両面にシリコンオイル104が接液するこ
とになり、この2つの接液面がそれぞれ受圧面となる。
ダイヤフラム部材108の上面に形成された歪みゲージ
は保護膜で覆われており、且つ電極膜を介してボンディ
ングワイヤ109に接続される。このボンディングワイ
ヤ109の他方の端部は所定のターミナル基板110に
接続される。111は引出し線であり、この引出し線1
11はブロック部材100bに形成された孔112を通
して前記ターミナル基板110に接続され、これにより
前記ボンディングワイヤ109に接続される。引出し線
111が配置される孔112にはハーメチックシール1
13が施され、引出し線111とブロック部材100b
を絶縁すると共にシリコンオイル104の外部漏出を防
いでいる。ボンディングワイヤと引出し線は所要の本数
存在するが、図示例では便宜上1本のみを示している。
外部に取出された引出し線111は信号処理を行う図示
しない電気回路部に接続される。
【0004】上記構成を有する差圧センサでは、2つの
流体103aと103bの圧力がシールダイヤフラム1
01に印加され、これを受けて2領域のシリコンオイル
104のそれぞれがダイヤフラム部材108の対応する
受圧面に流体の圧力を伝えることにより、測定対象であ
る2つの流体103aと103bの差圧が検出される。
ダイヤフラム部材108の圧力検出部に測定対象の流体
が直接に接触しないようにシリコンオイル106を介在
させた間接的な差圧検出構造を有している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図3に示す構造を有す
る従来の差圧センサでは、各流体の圧力を測定するに当
たって、流体圧を先ずシリコンオイル104の液圧に変
換してダイヤフラム部材に圧力を加えるように構成して
おり、流体圧そのものの圧力を測定している訳ではない
ので、圧力測定精度が低下するという欠点を有してい
る。更に構造上、シールダイヤフラム101を必要と
し、差圧センサとして複雑な構造を有し、またシリコン
オイル等の液圧が検出部の電気配線等に直接影響する構
造を有しているため、高圧シール部材としてのハーメチ
ックシールが必要であった。
【0006】また従来の差圧センサのその他の構成例と
してダイヤフラムの一方の面に応力検出部を設け、且つ
この応力検出部を保護膜で覆って保護し、ダイヤフラム
の表裏の両面に流体を直接に接液させて2つの流体圧の
差を検出するように構成したものもある。このセンサの
構造では、条件として、引出し線を流体圧から保護する
ハーメチックシール部は高圧に耐えるように作られるこ
とが要求され、加えて、ハーメチックシール部は高温状
態にさらされて形成されるため、信号取り出し用の配線
等との関係で製作工程が手順的に制限され、これが製作
性を悪くし、更に応力検出部の電気配線と引出し線との
間の接合部の信頼性を低下させるという問題を提起す
る。
【0007】本発明の目的は、上記問題に鑑み、高圧シ
ールが可能なハーメチックシール機構をダイヤフラム起
歪部と同一部材に設けると共に、シール箇所を少なく
し、製作を非常に容易にし且つ信頼性の高い構造を有す
る差圧センサを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る差圧センサ
は,前記目的を達成するため、金属板で形成されたダイ
ヤフラムの起歪部における一方の面に絶縁膜を形成し、
この絶縁膜の上に歪みゲージ膜と配線膜を設けると共
に、ダイヤフラムの表裏の各面に流体圧を導くように構
成し、配線膜に生じる圧力検出信号を、前記ダイヤフラ
ムの非起歪部に形成されたハーメチックシール構造を通
して引き出される配線で、取り出すように構成される。
【0009】本発明に係る差圧センサは、前記の構成に
おいて、好ましくは、ハーメチックシール構造で使用さ
れる絶縁材に、ガラス、セラミックス、熱可塑性樹脂、
熱硬化性樹脂のうちいずれか1つが使用される。
【0010】
【作用】本発明による差圧センサでは、ダイヤフラムの
起歪部に2つの流体を直接接液させる構造を有し、測定
感度、及び測定の即応性を高める。また、差圧を検出す
るための応力検出部を備えたダイヤフラムの起歪部と、
当該応力検出部からの信号を取出す信号線を引き出すハ
ーメチックシール部を同一のダイヤフラム部材に形成
し、製作工程及び組み立て性を容易としている。
【0011】
【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。
【0012】図1は、本発明に係る差圧センサの縦断面
図である。図1において、1は差圧センサを収容するケ
ース、2はケースカバーである。ケース1とケースカバ
ー2は、例えばボルト部材3で結合される。ケース1と
ケースカバー2からなる全体部材の外観形状は、円柱体
である。
【0013】ケース1とケースカバー2を結合するにあ
たって、ケース1の図1中下部に形成された大径の凹部
1aと、ケースカバー2に形成された凸部2aとを嵌合
させる。ケース1の凹部1a及びケースカバー2の凸部
2aは、それぞれ、径を異ならせて階段状に形成され
る。
【0014】ケースカバー2の先部に、金属材で形成さ
れたダイヤフラム部材4を取り付けている。ダイヤフラ
ム部材4は、中央部に薄肉円板の起歪部4aと、起歪部
4aの周囲に位置するリング形状の非起歪部4bとから
形成される。非起歪部4bは所要の厚みを有する。ダイ
ヤフラム部材4とケースカバー2の先部とは、嵌め合い
関係にて相互に固定されている。図1に示す如く、ケー
ス1とケースカバー2を組み付けた状態において、ダイ
ヤフラム部材4は、ケース1の凹部内面の段付部とケー
スカバー2とで固定される。また同組付け状態におい
て、ケースカバー2の先端突起部とダイヤフラム部材4
との間、ダイヤフラム部材4とケース1との間には、そ
れぞれ、Oリング5,6が配設され、シール機能を発揮
させる。Oリング5,6はそれぞれリング状の溝部に配
置される。
【0015】ダイヤフラム部材4の起歪部4aの上面に
は、絶縁膜を形成し且つこの絶縁膜の上に歪みゲージ膜
と配線膜を形成する。これにより、流体圧が原因で起歪
部4aに生じる応力を検出するための応力検出部7が形
成される。ダイヤフラム部材4の起歪部4aに形成され
た応力検出部は、保護膜で被覆され、流体圧から保護さ
れる。
【0016】ケース1にはポート8が形成され、このポ
ート8を介して圧油等の流体圧がダイヤフラム部材4の
起歪部4aに導入され、その一方の面(表面)に加えら
れる。またケースカバー2にはポート9が形成され、こ
のポート9を介して、更に凸部の先端突起部の内部に形
成された小径の孔9aを通して他の流体圧が起歪部4a
に導入され、起歪部4aの他方の面(裏面)に加えられ
る。従ってダイヤフラム部材4の起歪部4aでは、表裏
の面に加わる2つの流体圧の差を検出することが可能と
なる。
【0017】ダイヤフラム部材4の非起歪部4bには、
複数のハーメチックシール部10が形成される。それぞ
れのハーメチックシール部10に、検出した信号を外部
に取り出すための引出し用信号線11が保持される。信
号線11の一端は、一方の流体中において、応力検出部
7に含まれる歪みゲージとボンディングワイヤ12を介
して電気的に接続されている。また信号線11の他端
は、ケースカバー2におけるハーメチックシール部10
に対応する箇所に形成された孔13を通して外部に引き
出される。
【0018】上記構造を有する差圧センサでは、ダイヤ
フラム部材4の応力検出部7を設けた起歪部4aに保護
膜を介して直接に流体を接液することができる。従っ
て、差圧センサとしての感度が向上し、圧力測定の即応
性、信頼性が高くなる。また、ダイヤフラム部材4の非
起歪部4bにハーメチックシール部10を形成するよう
にしたため、起歪部とハーメチックシール部とが一体化
される。これにより、ワイヤボンディング12による引
出し用信号線11と応力検出部7との接合が可能とな
り、製作が容易になり、且つ信頼性の高い接合を行うこ
とができる。こうして、差圧センサについて、配線の容
易化、製作の容易化、動作信頼性の向上、ゲージ出力の
応答性向上等の達成することができる。
【0019】上記構成を有する差圧センサの各部の材質
に関して、ダイヤフラム部材4の非起歪部4bに設けた
ハーメチックシール部10は、好ましくはガラス又はセ
ラミック等で形成され、更に、その他に熱可塑性樹脂や
熱硬化性樹脂を用いることも可能である。
【0020】ハーメチックシール部10にガラスを使用
する場合には、ダイヤフラム部材4は、最初にハーメチ
ックシール部10を形成した後、起歪部4aの上面に成
膜を行って応力検出部7を形成する。またハーメチック
シール部10に樹脂を使用する場合には、起歪部4aの
上面に成膜を行って応力検出部7を形成した後、ハーメ
チックシール部10を形成する。
【0021】図2は、本発明に係る差圧センサを油圧機
器の中に組み込んだ実施例を示す。図2において、図1
で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を
付している。21は、横方向に2つのポート22,23
を有するほぼ円柱形をしたケースである。ケース21の
中心軸の周辺には上部が開口された円形の穴24が形成
される。ポート22,23はそれぞれ穴24に通じてい
る。ポート22,23の内側開口部には、穴24の内周
面に沿ってリング形状の溝25,26が形成されてい
る。
【0022】穴24内には、前述のダイヤフラム部材4
が、前記実施例と比較しその上下位置を反転させて配置
される。穴24内の所定の位置に、ダイヤフラム部材4
を配置させるため、2つのスペーサ部材27,28が配
設されている。下側のスペーサ部材27とダイヤフラム
部材4との間にはボンディングワイヤ12を配置するた
めのスペースが確保される。またスペーサ部材27は、
ポート23から与えられる圧油P1 をダイヤフラム部材
4の起歪部4aの一方の面に導入し、印加させる構造を
有している。上側のスペーサ部材28は、ダイヤフラム
部材4を上側から押さえ付け、ポート22から与えられ
る他の圧油P2 をダイヤフラム部材4の起歪部4aの他
の面に導入し、印加させる構造を有する。この実施例
で、ダイヤフラム部材4のハーメチックシール部10を
挿通し且つ引き出された信号線11は、引き出された部
分が短く形成され、その先がFPC(フレキシブルプリ
ントサーキット)34と接続される。またスペーサ部材
28は、FPC31を挿通させ、外部に取り出す孔28
aが形成されている。外部に取り出されたFPC31
は、増幅器29に接続される。
【0023】30はケースカバーで、ボルト部材3でケ
ース21に固着される。ケースカバー30の中央には径
の大きな孔30aが形成され、増幅器29からの出力線
29aが引き出される。穴24内に配設されたダイヤフ
ラム部材4とスペーサ部材28の周面にはOリング3
1,32,33が配設され、シールを行っている。
【0024】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、差圧を検出するための応力検出部が形成されるダ
イヤフラムの起歪部と、当該応力検出部からの信号を取
出す信号線を引き出すハーメチックシール部を同一のダ
イヤフラム部材に形成し、応力検出部及び信号線引出し
のシール部の各製作を容易化し、接着剤又はOリングの
使用箇所が少なくなり、全体的に製作性を向上し、動作
信頼性を高めることができる。また、ダイヤフラム部材
の起歪部に2つの流体を直接接液させる構造を有するの
で、測定精度が構造が向上し、即応性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る差圧センサの実施例を示す縦断面
図である。
【図2】本発明に係る差圧センサの実際の使用状態を示
す縦断面図である。
【図3】従来の差圧センサの構造を説明する縦断面図で
ある。
【符号の説明】
1 ケース 2 ケースカバー 4 ダイヤフラム部材 4a 起歪部 4b 非起歪部 5,6 Oリング 8,9 ポート 10 ハーメチックシール部 11 信号線 12 ボンディングワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 潔 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 佐藤 藤男 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 坂本 幸男 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 橋本 久儀 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 小野里 陽正 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (56)参考文献 特開 平3−44079(JP,A) 特開 平1−250732(JP,A) 特開 平1−96523(JP,A) 特開 昭62−294930(JP,A) 特開 平3−106077(JP,A) 実開 平3−63835(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01L 13/06 G01L 9/04 - 9/06 H01L 29/84

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属板で形成されたダイヤフラムの起歪
    部における一方の面に絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上
    に歪みゲージ膜と配線膜を設けると共に、前記ダイヤフ
    ラムの表裏の各面に流体圧を導くように構成し、前記配
    線膜に生じる圧力検出信号を、前記ダイヤフラムの非起
    歪部に形成されたハーメチックシール構造を通して引き
    出される配線で、取り出すようにしたことを特徴とする
    差圧センサ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の差圧センサにおいて、前
    記ハーメチックシール構造で使用される絶縁材にはガラ
    ス、セラミックスのいずれかが使用されることを特徴と
    する差圧センサ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の差圧センサにおいて、前
    記ハーメチックシール構造で使用される絶縁材には熱可
    塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれかが使用されることを
    特徴とする差圧センサ。
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