JP2988077B2 - 差圧測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高精度で、かつ、制作
し易い、非対称過大圧保護機構を有する差圧測定装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図で、例えば、実開昭６０―１８１６
４２号に示されている。図において、１はハウジング
で、円柱状の首部１Ａと、首部１Ａの端部外周縁部１Ｃ
において、溶接接続されたブロック状の受圧部１Ｂとよ
りなる。ハウジング１の両側に高圧側フランジ２、低圧
側フランジ３が溶接等によって固定されており、両フラ
ンジ２，３には測定せんとする圧力ＰH の高圧流体の導
入口４、圧力ＰL の低圧流体の導入口５が設けられてい
る。

【０００３】ハウジング１内に圧力測定室６が形成され
ており、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７と
シリコンダイアフラム８が設けられている。センタダイ
アフラム７とシリコンダイアフラム８はそれぞれ別個に
圧力測定室６の壁に固定されており、センタダイアフラ
ム７とシリコンダイアフラム８の両者でもって圧力測定
室６を２分している。センタダイアフラム７と対向する
圧力測定室６の壁には、バックプレ―ト６Ａ，６Ｂが形
成されている。

【０００４】センタダイアフラム７は周縁部をハウジン
グ１に溶接されている。シリコンダイアフラム８は、全
体が単結晶のシリコン基板から形成されている。シリコ
ン基板の一方の面にボロン等の不純物を選択拡散して４
っのストレンゲ―ジ８０を形成し、他方の面を機械加
工、エッチングし、全体が凹形のダイアフラムを形成す
る。４っのストレインゲ―ジ８０は、シリコンダイアフ
ラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、２つが引張り、２
つが圧縮を受けるようになっており、これらがホイ―ト
ストン・ブリッジ回路に接続され、抵抗変化が差圧ΔＰ
の変化として検出される。

【０００５】８１は、ストレインゲ―ジ８０に一端が取
付けられたリ―ドである。８２は、リ―ド８１の他端が
接続されたハ―メチック端子である。支持体９はハ―メ
チック端子を備えており、支持体９の圧力測定室６側端
面に低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラム
８が接着固定されている。ハウジング１と高圧側フラン
ジ２、および低圧側フランジ３との間に、圧力導入室１
０，１１が形成されている。

【０００６】この圧力導入室１０，１１内に隔液ダイア
フラム１２，１３を設け、この隔液ダイアフラム１２，
１３と対向するハウジング１の壁１０Ａ，１１Ａに隔液
ダイアフラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―ト
が形成されている。隔液ダイアフラム１２，１３とバッ
クプレ―ト１０Ａ，１１Ａとで形成される空間と、圧力
測定室６は、連通孔１４，１５を介して導通している。

【０００７】そして、隔液ダイアフラム１２，１３間に
シリコンオイル等の封入液１０１，１０２が満たされ、
この封入液が連通孔１６，１７を介してシリコンダイア
フラム８の上下面にまで至っている、封入液１０１，１
０２はセンタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８
とによって２分されているが、その量が、ほぼ均等にな
るように配慮されている。

【０００８】以上の構成において、高圧側から圧力が作
用した場合、隔液ダイアフラム１２に作用する圧力が、
封入液１０１によって、シリコンダイアフラム８に伝達
される。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダ
イアフラム１３に作用する圧力が封入液１０２によって
シリコンダイアフラム８に伝達される。

【０００９】この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応
じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がスト
レインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され、差圧の測
定が行なわれる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置においては、 （１）センターダイアフラム７を組み立てるには、受圧
部１Ｂを二分し、その間にセンターダイアフラム７を挟
んでいるので、受圧部１Ｂの剛性が低くなり、フランジ
２，３の締め付け力により、装置の特性が変化する。 （２）受圧部１Ｂを二分した部分を、周状に溶接した
後、受圧部１Ｂに首部１Ａを溶接しなければならないの
で、組み立て工数が多大となる。 （３）隔液ダイアフラム１２，１３の片側とセンターダ
イアフラム７の両側に封入液１０１，１０２が必要なた
め、封入液が多くなり、温度変化時に内圧の上昇が大き
く装置の特性が悪い。

【００１１】本発明は、この問題点を、解決するもので
ある。本発明の目的は、高精度で、かつ、制作し易い、
非対称過大圧保護機構を有する差圧測定装置を提供する
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、センターダイアフラムと半導体圧力セン
サとを具備する差圧測定装置において、ハウジングと、
該ハウジングの一方の側面に設けられ該ハウジングとセ
ンター室を構成し少なくとも測定範囲において該ハウジ
ングの一方の側面に接するセンターダイアフラムと、該
センターダイアフラムと前記一方のハウジング側面を覆
って設けられ該センターダイアフラムと前記ハウジング
の一方の側面と高圧側隔液室を構成する高圧側隔液ダイ
アフラムと、前記ハウジングの他方の側面に設けられ該
ハウジングと低圧側隔液室を構成する低圧側隔液ダイア
フラムと、前記ハウジングに設けられ高圧側に過大圧保
護機構或いは十分な耐圧機能を有する半導体圧力センサ
と、前記ハウジングに設けられ前記センター室と前記低
圧側隔液室とを連通する第１連通孔と、前記ハウジング
に設けられ前記半導体圧力センサの低圧側と前記センタ
室或いは前記低圧側隔液室とを連通する第２連通孔と、
前記ハウジングに設けられ前記半導体圧力センサの高圧
側と前記高圧側隔液室とを連通する第３連通孔と、前記
センター室と前記高圧側隔液室と前記低圧側隔液室と前
記第１，第２，第３連通孔とで構成される２個の室にそ
れぞれ封入される封入液とを具備したことを特徴とする
差圧測定装置を構成したものである。

【００１３】

【作用】以上の構成において、通常の測定状態において
は、高圧側から圧力が作用した場合、高圧側隔液ダイア
フラムに測定圧力が印加されるが、センターダイアフラ
ムはハウジングに密接しているため、封入液の移動は殆
ど無く、測定圧力はそのまま半導体圧力センサに伝達さ
れる。一方、低圧側から測定圧力が作用した場合、低圧
側隔液ダイアフラムに測定圧力が印加されるが、測定圧
力範囲では、センターダイアフラムはハウジングに密接
しているため、封入液の移動は殆ど無く、測定圧力はそ
のまま半導体圧力センサに伝達される。

【００１４】過大圧が印加された状態においては、高圧
側から過大圧力が作用した場合、高圧側隔液ダイアフラ
ムに過大圧力が印加されるが、センターダイアフラムは
ハウジングに密接しているため、過大圧力はそのまま半
導体圧力センサに伝達される。高圧側隔液ダイアフラム
での保護機能はない。しかし、半導体圧力センサは、高
圧側に過大圧保護機構或いは十分な耐圧機能を有するの
で、半導体圧力センサで過大圧は受け止められる。

【００１５】一方、低圧側から過大圧力が作用した場
合、低圧側隔液ダイアフラムに過大圧力が印加される。
センターダイアフラムはハウジングに密接しているが、
センターダイアフラムの力に打ち勝つ過大圧が印加され
ると、センターダイアフラムが移動し、低圧側隔液ダイ
アフラムが移動して、ハウジングに接する。すると、こ
れ以上の過大圧は半導体圧力センサに印加せず、低圧側
隔液ダイアフラムで保護される。以下、実施例に基づき
詳細に説明する。

【００１６】

【実施例】図において、図５と同一記号の構成は同一機
能を表わす。以下、図５と相違部分のみ説明する。２１
は、ハウジングである。２２は、ハウジング２１の一方
の側面に設けられ、ハウジング２１とセンター室２３を
構成し、少なくとも測定範囲において、ハウジング２１
の一方の側面に接するセンターダイアフラムである。

【００１７】２４は、センターダイアフラム２２と一方
のハウジング２１の側面を覆って設けられ、センターダ
イアフラム２２とハウジング２１の一方の側面と高圧側
隔液室２５を構成する高圧側隔液ダイアフラムである。
２６は、ハウジング２１の他方の側面に設けられ、ハウ
ジング２１と低圧側隔液室２７を構成する低圧側隔液ダ
イアフラムである。２８は、ハウジング２１に設けら
れ、高圧側に過大圧保護機構２９或いは十分な耐圧機能
を有する半導体圧力センサである。

【００１８】過大圧保護機構２９は、例えば、図２に示
す如くして構成する。図２において、２９１は測定ダイ
アフラム、２９２は測定ダイアフラム１に一面が接続さ
れたシリコン基板である。２９３はシリコン基板２９２
に基準室２９４を形成する凹部である。２９５はシリコ
ン基板２９２に設けられ、基準室２９４に基準圧を導入
する導圧孔である。

【００１９】２９６は測定ダイアフラム１に設けられた
ストレインゲージである。而して、基準室２９４は薄膜
状に構成される。このため、高圧側からの過大圧力に対
しては測定ダイアフラム１は、僅かしか変位せずシリコ
ン基板２９２により保護される。すなわち、過大圧保護
機構２９が構成される。３１は、ハウジング２１に設け
られ、センター室２３と低圧側隔液室２７とを連通する
第１連通孔である。

【００２０】３２は、ハウジング２１に設けられ、半導
体圧力センサ２８の低圧側と第１連通孔３１とを連通す
る第２連通孔である。３３はハウジング２１に設けられ
半導体圧力センサ２８の高圧側と高圧側隔液室２５とを
連通する第３連通孔である。１０１，１０２はセンター
室２３と高圧側隔液室２５と低圧側隔液室２７と第１，
第２，第３連通孔３１，３２，３３とで構成される２個
の室にそれぞれ封入される封入液である。

【００２１】以上の構成において、 （１）通常の測定状態においては、高圧側から圧力が作
用した場合、高圧側隔液ダイアフラム２４に測定圧力が
印加されるが、センターダイアフラム２２はハウジング
１に密接しているため、封入液１０１の移動は殆ど無
く、測定圧力はそのまま半導体圧力センサ２８に伝達さ
れる。一方、低圧側から測定圧力が作用した場合、低圧
側隔液ダイアフラム２７に測定圧力が印加されるが、測
定圧力範囲では、センターダイアフラム２２はハウジン
グ１に密接しているため、封入液１０２の移動は殆ど無
く、測定圧力はそのまま半導体圧力センサ２８に伝達さ
れる。

【００２２】（２） 過大圧が印加された状態において
は、高圧側から過大圧力が作用した場合、高圧側隔液ダ
イアフラム２４に過大圧力が印加されるが、センターダ
イアフラム２２はハウジング１に密接しているため、過
大圧力はそのまま半導体圧力センサ２８に伝達される。
高圧側隔液ダイアフラム２４での保護機能はない。しか
し、半導体圧力センサ２８は、高圧側に過大圧保護機構
２９或いは十分な耐圧機能を有するので、半導体圧力セ
ンサ２８で過大圧は受け止められる。

【００２３】一方、低圧側から過大圧力が作用した場
合、低圧側隔液ダイアフラム２６に過大圧力が印加され
る。センターダイアフラム２２はハウジング１に密接し
ているが、センターダイアフラム２２の力に打ち勝つ過
大圧が印加されると、センターダイアフラム２２が移動
し、低圧側隔液ダイアフラム２６が移動して、ハウジン
グ１に接する。すると、これ以上の過大圧は半導体圧力
センサ２８に印加せず、低圧側隔液ダイアフラム２６で
保護される。

【００２４】この結果、 （１）測定範囲内で封入液１０１，１０２の移動が殆ど
無いため、隔液ダイアフラム２５，２６の圧力ドロップ
がなく、高精度な測定が可能となる。 （２）ハウジング２１を二分割しなくて良いので、ハウ
ジング２１の剛性が高くなりフランジ２，３の締め付け
等に対する装置の特性が向上する。 （３）ハウジング２１は、受圧部と首部とに分ける必要
はなく、一体にでき、組み立て工数が低下し、コストが
安価となる。 （４）封入液１０１，１０２が低減出来、温度特性が向
上出来る。 （５）部品点数の少ない簡単な構造で、非対称過大圧保
護機構が実現できる。

【００２５】図３は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例において、４１は、ハウジング２１
に設けられ、センタ室２３のハウジング側側壁に設けら
れたスリ割溝である。４２は、ハウジング２１に設けら
れ、スリ割溝４１と低圧側隔液室２７を連通する第１連
通孔である。４３は、ハウジング２１に設けられ、半導
体圧力センサ２８の低圧側とスリ割溝４１とを連通する
第２連通孔である。本実施例においては、衝撃波による
センサの破壊を防止出来る。

【００２６】図４は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例において、５１は、ハウジング２１
に設けられ、センタ室２３と低圧側隔液室２７を連通す
る第１連通孔である。５２は、ハウジング２１に設けら
れ、半導体圧力センサ２８の低圧側とセンタ室２３とを
連通する第２連通孔である。５３は、センタ室２３と第
１連通孔との接合部に設けられた円錐溝である。５４
は、センタ室２３と第２連通孔との接合部に設けられた
円錐溝である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、センタ
ーダイアフラムと半導体圧力センサとを具備する差圧測
定装置において、ハウジングと、該ハウジングの一方の
側面に設けられ該ハウジングとセンター室を構成し少な
くとも測定範囲において該ハウジングの一方の側面に接
するセンターダイアフラムと、該センターダイアフラム
と前記一方のハウジング側面を覆って設けられ該センタ
ーダイアフラムと前記ハウジングの一方の側面と高圧側
隔液室を構成する高圧側隔液ダイアフラムと、前記ハウ
ジングの他方の側面に設けられ該ハウジングと低圧側隔
液室を構成する低圧側隔液ダイアフラムと、前記ハウジ
ングに設けられ高圧側に過大圧保護機構或いは十分な耐
圧機能を有する半導体圧力センサと、前記ハウジングに
設けられ前記センター室と前記低圧側隔液室とを連通す
る第１連通孔と、前記ハウジングに設けられ前記半導体
圧力センサの低圧側と前記センタ室或いは前記低圧側隔
液室とを連通する第２連通孔と、前記ハウジングに設け
られ前記半導体圧力センサの高圧側と前記低圧側隔液室
とを連通する第３連通孔と、前記センター室と前記高圧
側隔液室と前記高圧側隔液室と前記第１，第２，第３連
通孔とで構成される２個の室にそれぞれ封入される封入
液とを具備したことを特徴とする差圧測定装置を構成し
た。

【００２８】この結果、 （１）測定範囲内で封入液の移動が殆ど無いため、隔液
ダイアフラムの圧力ドロップがなく、高精度な測定が可
能となる。 （２）ハウジングを二分割しなくて良いので、ハウジン
グの剛性が高くなりフランジの締め付け等に対する装置
の特性が向上する。 （３）ハウジングは、受圧部と首部とに分ける必要はな
く、一体にでき、組み立て工数が低下し、コストが安価
となる。 （４）封入液が低減出来、温度特性が向上出来る。 （５）部品点数の少ない簡単な構造で、非対称過大圧保
護機構が実現できる。

【００２９】従って、本発明によれば、高精度で、か
つ、制作し易い、非対称過大圧保護機構を有する差圧測
定装置を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の要部詳細説明図である。

【図３】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図４】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図５】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。

【符号の説明】

１…ハウジング ２…高圧側フランジ ３…低圧側フランジ ４…導入口 ５…導入口 ６…圧力測定室 ６Ａ…バックプレ―ト ６Ｂ…バックプレ―ト ９…支持体 １０…圧力導入室 １１…圧力導入室 ２１…ハウジング ２２…センタダイアフラム ２３…センタ室 ２４…隔液ダイアフラム ２５…高圧側隔液室 ２６…隔液ダイアフラム ２７…低圧側隔液室 ２８…半導体圧力センサ ２９…過大圧保護機構 ２９１…測定ダイアフラム ２９２…シリコン基板 ２９３…凹部 ２９４…基準室 ２９５…導圧孔 ２９６…ピエゾ抵抗素子 ３１…第１連通孔 ３２…第２連通孔 ３３…第３連通孔 ４１…スリ割溝 ４２…第１連通孔 ４３…第２連通孔 ５１…第１連通孔 ５２…第２連通孔 ５３…円錐溝 ５４…円錐溝 １０１…封入液 １０２…封入液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01L 13/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】センターダイアフラムと半導体圧力センサ
   とを具備する差圧測定装置において、 ハウジングと、 該ハウジングの一方の側面に設けられ該ハウジングとセ
   ンター室を構成し少なくとも測定範囲において該ハウジ
   ングの一方の側面に接するセンターダイアフラムと、 該センターダイアフラムと前記一方のハウジング側面を
   覆って設けられ該センターダイアフラムと前記ハウジン
   グの一方の側面と高圧側隔液室を構成する高圧側隔液ダ
   イアフラムと、 前記ハウジングの他方の側面に設けられ該ハウジングと
   低圧側隔液室を構成する低圧側隔液ダイアフラムと、 前記ハウジングに設けられ高圧側に過大圧保護機構或い
   は十分な耐圧機能を有する半導体圧力センサと、 前記ハウジングに設けられ前記センター室と前記低圧側
   隔液室とを連通する第１連通孔と、 前記ハウジングに設けられ前記半導体圧力センサの低圧
   側と前記センタ室或いは前記低圧側隔液室とを連通する
   第２連通孔と、 前記ハウジングに設けられ前記半導体圧力センサの高圧
   側と前記高圧側隔液室とを連通する第３連通孔と、 前記センター室と前記高圧側隔液室と前記低圧側隔液室
   と前記第１，第２，第３連通孔とで構成される２個の室
   にそれぞれ封入される封入液とを具備したことを特徴と
   する差圧測定装置。