JP3107516B2 - 複合センサ - Google Patents
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
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- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
- G01F1/36—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
- G01F1/38—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction the pressure or differential pressure being measured by means of a movable element, e.g. diaphragm, piston, Bourdon tube or flexible capsule
- G01F1/383—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction the pressure or differential pressure being measured by means of a movable element, e.g. diaphragm, piston, Bourdon tube or flexible capsule with electrical or electro-mechanical indication
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
- G01F23/18—Indicating, recording or alarm devices actuated electrically
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- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/0092—Pressure sensor associated with other sensors, e.g. for measuring acceleration or temperature
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- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
- G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工業計測の分野、
あるいは農業用水や浄水場等で水位、流量、温度、さら
に水質等を検出する複合センサに関する。
あるいは農業用水や浄水場等で水位、流量、温度、さら
に水質等を検出する複合センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の複合センサの例としては、インテ
リジェント差圧伝送器のセンシング部に用いられるピエ
ゾ抵抗式の複合センサがある。この複合センサは、差圧
センサ、静圧センサ及び温度センサが１つの基板上に形
成され、静圧センサ及び温度センサからの出力信号を用
いて、差圧センサの出力を補正し、高精度に差圧を計測
する構成となっている。
リジェント差圧伝送器のセンシング部に用いられるピエ
ゾ抵抗式の複合センサがある。この複合センサは、差圧
センサ、静圧センサ及び温度センサが１つの基板上に形
成され、静圧センサ及び温度センサからの出力信号を用
いて、差圧センサの出力を補正し、高精度に差圧を計測
する構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、貯水池にお
いては、酸性雨や周囲の地質のために水の酸性化が進
み、貯水池における水質の悪化が問題となってきてい
る。さらに、貯水池においては、季節によって河川の水
量が変動するため、水位を正確に検出し、一定となるよ
うに、制御する必要がある。
いては、酸性雨や周囲の地質のために水の酸性化が進
み、貯水池における水質の悪化が問題となってきてい
る。さらに、貯水池においては、季節によって河川の水
量が変動するため、水位を正確に検出し、一定となるよ
うに、制御する必要がある。
【０００４】また、稲作では、人間がいくつもの給水バ
ルブ、排水バルブの開閉を行っているため、小雨期、多
雨期には、水田を適切な水位に保つのに多くの労力と経
費とを必要とし、少人数では大面積の水田を管理するこ
とが困難であった。
ルブ、排水バルブの開閉を行っているため、小雨期、多
雨期には、水田を適切な水位に保つのに多くの労力と経
費とを必要とし、少人数では大面積の水田を管理するこ
とが困難であった。
【０００５】さらに、水田においては、水質の管理や水
田にとけ込む肥料の量の測定を行う場合は希であり、こ
のため、追肥時期の把握が遅れたり、あるいは過剰に肥
料を与えすぎて、稲の生育に悪影響を及ぼしてしまうと
いう問題もあった。また、大規模水田では、パイプライ
ンを用いて、水を水田に圧送するため、その給水量を正
確に検出し、調整する必要がある。
田にとけ込む肥料の量の測定を行う場合は希であり、こ
のため、追肥時期の把握が遅れたり、あるいは過剰に肥
料を与えすぎて、稲の生育に悪影響を及ぼしてしまうと
いう問題もあった。また、大規模水田では、パイプライ
ンを用いて、水を水田に圧送するため、その給水量を正
確に検出し、調整する必要がある。
【０００６】したがって、貯水池や水田においては、水
位又は流量と水質とを正確に検出する必要がある。
位又は流量と水質とを正確に検出する必要がある。
【０００７】そこで、貯水池や水田において、水位、流
量、水質を上記複合センサを用いて検出することが考え
られるが、水位センサ、圧力センサ、水質センサとして
の単独の機能を有する複数のセンサを使用しなければな
らず、その取扱いや管理が非常に煩雑となってしまう。
量、水質を上記複合センサを用いて検出することが考え
られるが、水位センサ、圧力センサ、水質センサとして
の単独の機能を有する複数のセンサを使用しなければな
らず、その取扱いや管理が非常に煩雑となってしまう。
【０００８】このため、水位と水質又は流量と水質を一
つのセンサで測定可能な複合センサの実現が望まれてい
る。したがって、本発明の目的は、貯水池や水田等の貯
水系において、水位と水質又は流量と水質を、一つのセ
ンサで検出可能な複合センサを実現することである。
つのセンサで測定可能な複合センサの実現が望まれてい
る。したがって、本発明の目的は、貯水池や水田等の貯
水系において、水位と水質又は流量と水質を、一つのセ
ンサで検出可能な複合センサを実現することである。
【０００９】
（１）上記目的を達成するため、本発明は次のように構
成される。すなわち、複合センサにおいて、被測定体が
発生する圧力に応じて変位するダイアフラムを有する圧
力センサと、圧力センサに接合され、ダイアフラムに被
測定体が発生する圧力を導入する第１の圧力導入口を有
するとともに、その表面に第１の導電膜とを有する第１
の基板と、被測定体が発生する圧力を、第１の圧力導入
口を介してダイアフラムに導入する第２の圧力導入口を
有するとともに、第１の導電膜に対向する位置に第２の
導電膜を有し、第１の基板と所定の間隔だけ離間して配
置される第２の基板と、第１の導電膜と、第２の導電膜
との間に導入された被測定体の導電率及び誘電率を測定
するとともに、圧力センサからの出力信号から被測定流
体の圧力を測定する信号処理部とを備えるものとする。
成される。すなわち、複合センサにおいて、被測定体が
発生する圧力に応じて変位するダイアフラムを有する圧
力センサと、圧力センサに接合され、ダイアフラムに被
測定体が発生する圧力を導入する第１の圧力導入口を有
するとともに、その表面に第１の導電膜とを有する第１
の基板と、被測定体が発生する圧力を、第１の圧力導入
口を介してダイアフラムに導入する第２の圧力導入口を
有するとともに、第１の導電膜に対向する位置に第２の
導電膜を有し、第１の基板と所定の間隔だけ離間して配
置される第２の基板と、第１の導電膜と、第２の導電膜
との間に導入された被測定体の導電率及び誘電率を測定
するとともに、圧力センサからの出力信号から被測定流
体の圧力を測定する信号処理部とを備えるものとする。
【００１０】導電率又は誘電率を水質として検出可能で
あるため、水位（圧力）と水質又は流量（圧力）と水質
を、一つのセンサで検出可能な複合センサを実現するこ
とができる。
あるため、水位（圧力）と水質又は流量（圧力）と水質
を、一つのセンサで検出可能な複合センサを実現するこ
とができる。
【００１１】（２）上記（１）において、好ましくは、
圧力センサが有するダイアフラムは、単結晶シリコンか
らなり、この単結晶シリコンからなるダイアフラムに感
温度素子が配置され、信号処理部は、感温度素子からの
出力信号から、圧力センサが配置された位置における温
度も測定する。
圧力センサが有するダイアフラムは、単結晶シリコンか
らなり、この単結晶シリコンからなるダイアフラムに感
温度素子が配置され、信号処理部は、感温度素子からの
出力信号から、圧力センサが配置された位置における温
度も測定する。
【００１２】（３）上記（１）において、また、好まし
くは、圧力センサのダイアフラムの一方の面には感歪抵
抗素子が配置され、ダイアフラムの他方の面側に第１の
基板が接合される。
くは、圧力センサのダイアフラムの一方の面には感歪抵
抗素子が配置され、ダイアフラムの他方の面側に第１の
基板が接合される。
【００１３】（４）上記（１）において、また、好まし
くは、圧力センサのダイアフラムの一方の面には感歪抵
抗素子が配置され、この感歪抵抗素子が配置されたダイ
アフラムの一方の面側に第１の基板が接合される。
くは、圧力センサのダイアフラムの一方の面には感歪抵
抗素子が配置され、この感歪抵抗素子が配置されたダイ
アフラムの一方の面側に第１の基板が接合される。
【００１４】（５）上記（１）において、また、好まし
くは、第１の基板のダイアフラムに対向する面には、第
１の電極板が配置され、ダイアフラムを間にして、第１
の電極板と対向する第２の電極が配置されるとともに、
圧力センサのダイアフラムは導電性の電極であって、信
号処理部は、第１の電極板とダイアフラムとの間の静電
容量と、第２の電極板とダイアフラムの間の静電容量と
の差に応じて、被測定体が発生する圧力を測定する。
くは、第１の基板のダイアフラムに対向する面には、第
１の電極板が配置され、ダイアフラムを間にして、第１
の電極板と対向する第２の電極が配置されるとともに、
圧力センサのダイアフラムは導電性の電極であって、信
号処理部は、第１の電極板とダイアフラムとの間の静電
容量と、第２の電極板とダイアフラムの間の静電容量と
の差に応じて、被測定体が発生する圧力を測定する。
【００１５】
【００１６】
【００１７】（６）上記（１）において、また、好まし
くは、第１の基板と第２の基板との少なくとも一つの基
板には、一方の面に形成された導電膜と他方の面に形成
される導電膜とを電気的に接続するための貫通孔が形成
されている。
くは、第１の基板と第２の基板との少なくとも一つの基
板には、一方の面に形成された導電膜と他方の面に形成
される導電膜とを電気的に接続するための貫通孔が形成
されている。
【００１８】（７）上記（１）において、また、好まし
くは、第１の導電膜と第２の導電膜とは、信号処理部に
接続された端子と電気的配線を介して接続され、この電
気的配線と第１の導電膜、第２の導電膜及び端子との接
続部分を被測定体から保護するための上蓋部材が、少な
くとも第２の基板に接合される。 （８）上記（１）において、また、好ましくは、第１の
圧力導入口及び第２の圧力導入口を介して導入される圧
力は、ダイアフラムの一方の面に導入され、ダイアフラ
ムの他方の面は、この他方の面を被測定体から隔離する
ための隔離室に配置される。
くは、第１の導電膜と第２の導電膜とは、信号処理部に
接続された端子と電気的配線を介して接続され、この電
気的配線と第１の導電膜、第２の導電膜及び端子との接
続部分を被測定体から保護するための上蓋部材が、少な
くとも第２の基板に接合される。 （８）上記（１）において、また、好ましくは、第１の
圧力導入口及び第２の圧力導入口を介して導入される圧
力は、ダイアフラムの一方の面に導入され、ダイアフラ
ムの他方の面は、この他方の面を被測定体から隔離する
ための隔離室に配置される。
【００１９】（９）上記（８）において、また、好まし
くは、隔離室には、被測定体の圧力を導入するための、
少なくとも一つの圧力導入路が形成される。
くは、隔離室には、被測定体の圧力を導入するための、
少なくとも一つの圧力導入路が形成される。
【００２０】（１０）上記（８）において、また、好ま
しくは、被測定体は、液体であり、第１及び第２の圧力
導入口を介して液体により発生される圧力が、ダイアフ
ラムの一方の面に導入され、隔離室には、ダイアフラム
の他方の面に大気の圧力を導入するための、圧力導入路
が形成される。
しくは、被測定体は、液体であり、第１及び第２の圧力
導入口を介して液体により発生される圧力が、ダイアフ
ラムの一方の面に導入され、隔離室には、ダイアフラム
の他方の面に大気の圧力を導入するための、圧力導入路
が形成される。
【００２１】（１１）上記（８）において、また、好ま
しくは、被測定体は、配管内に流れる流体であり、この
配管内に形成されたオリフィスの上流側の流体により発
生される圧力が、第１及び第２の圧力導入口を介して、
ダイアフラムの一方の面に導入され、隔離室には、オリ
フィスの下流側の流体により発生される圧力が、ダイア
フラムの他方の面に導入するための、圧力導入路が形成
される。
しくは、被測定体は、配管内に流れる流体であり、この
配管内に形成されたオリフィスの上流側の流体により発
生される圧力が、第１及び第２の圧力導入口を介して、
ダイアフラムの一方の面に導入され、隔離室には、オリ
フィスの下流側の流体により発生される圧力が、ダイア
フラムの他方の面に導入するための、圧力導入路が形成
される。
【００２２】（１２）上記（１０）において、好ましく
は、信号処理部の少なくとも一部は液体の外に配置さ
れ、圧力センサと信号処理部とを接続する信号配線は防
水性の信号配線であり、信号処理部と圧力センサとが分
割されている。
は、信号処理部の少なくとも一部は液体の外に配置さ
れ、圧力センサと信号処理部とを接続する信号配線は防
水性の信号配線であり、信号処理部と圧力センサとが分
割されている。
【００２３】（１３）上記（１０）において、また、好
ましくは、信号処理部の少なくとも一部は液体の外に配
置され、圧力導入路は、信号処理部と隔離室との間に接
続され、圧力センサと信号処理部とを接続する信号配線
が、圧力導入路に配置され、信号処理部と圧力センサと
が分割されている。
ましくは、信号処理部の少なくとも一部は液体の外に配
置され、圧力導入路は、信号処理部と隔離室との間に接
続され、圧力センサと信号処理部とを接続する信号配線
が、圧力導入路に配置され、信号処理部と圧力センサと
が分割されている。
【００２４】（１４）また、流体を貯え得る貯水部と、
この貯水部に流体を流入させる調節弁を有する給水部
と、貯水部から流体を流出させる調節弁を有する排水部
と、貯水部の水位を給水部の調節弁及び排水部の調節弁
を調節して制御する制御部とを備える流体管理システム
において、貯水部には、上記複合センサが配置され、制
御部は、複合センサからの出力信号に基づいて、貯水部
の水位を調節弁を調節して制御するとともに、貯水部に
貯えられた流体の水質を導電率として検出し、検出した
導電率が、所定範囲外となったときは警報を発生する。
この貯水部に流体を流入させる調節弁を有する給水部
と、貯水部から流体を流出させる調節弁を有する排水部
と、貯水部の水位を給水部の調節弁及び排水部の調節弁
を調節して制御する制御部とを備える流体管理システム
において、貯水部には、上記複合センサが配置され、制
御部は、複合センサからの出力信号に基づいて、貯水部
の水位を調節弁を調節して制御するとともに、貯水部に
貯えられた流体の水質を導電率として検出し、検出した
導電率が、所定範囲外となったときは警報を発生する。
【００２５】水位と温度と水質とが一つのセンサで測定
可能であるため、その取扱いや管理が容易であるととも
に、貯水部への設置及び配線等も容易となる。
可能であるため、その取扱いや管理が容易であるととも
に、貯水部への設置及び配線等も容易となる。
【００２６】（１５）また、複合センサの製造方法にお
いて、絶縁性の第１の基板に、貫通孔である第１の圧力
導入口を形成するとともに、この第１の基板の少なくと
も一方の表面に第１の導電膜を形成する工程と、絶縁性
の第２の基板に、貫通孔である第２の圧力導入口を形成
するとともに、この第２の基板の少なくとも一方の表面
に第２の導電膜を形成する工程と、第１の基板の他方の
面に、圧力センサのダイアフラムが、第１の圧力導入口
と対向するように、圧力センサを接合する工程と、第１
の基板の一方の面に形成された第１の導電膜と第２の基
板の一方の面に形成された第２の導電膜とを対向させる
とともに、第１の圧力導入口と第２の圧力導入口とを対
向させて、絶縁性のスペーサを第１の基板と第２の基板
とに接合する工程と、接続端子と凹部とを有する密封部
材を、この凹部により圧力センサが包囲されるように、
第１の基板に接合する工程と、密封部材の接続端子と、
第１の導電膜、第２の導電膜及び圧力センサとを配線接
続する工程とを備える。
いて、絶縁性の第１の基板に、貫通孔である第１の圧力
導入口を形成するとともに、この第１の基板の少なくと
も一方の表面に第１の導電膜を形成する工程と、絶縁性
の第２の基板に、貫通孔である第２の圧力導入口を形成
するとともに、この第２の基板の少なくとも一方の表面
に第２の導電膜を形成する工程と、第１の基板の他方の
面に、圧力センサのダイアフラムが、第１の圧力導入口
と対向するように、圧力センサを接合する工程と、第１
の基板の一方の面に形成された第１の導電膜と第２の基
板の一方の面に形成された第２の導電膜とを対向させる
とともに、第１の圧力導入口と第２の圧力導入口とを対
向させて、絶縁性のスペーサを第１の基板と第２の基板
とに接合する工程と、接続端子と凹部とを有する密封部
材を、この凹部により圧力センサが包囲されるように、
第１の基板に接合する工程と、密封部材の接続端子と、
第１の導電膜、第２の導電膜及び圧力センサとを配線接
続する工程とを備える。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
である複合センサの概略構成断面図である。図１におい
て、圧力センサ１は、ピエゾゲージ式や蒸着ゲージ式等
の単結晶シリコンからなるダイアフラム（加えられる圧
力に応じて変位する）を有し、そのダイアフラムの表面
にはゲージ抵抗が形成されている。そして、この圧力セ
ンサ１は、ダイヤフラムのゲージ抵抗が形成されていな
い面が、第１のガラス基板（下側基板（たとえば、ホウ
珪酸ガラス））２と対向するように、この第１ガラス基
板２に接合される。
である複合センサの概略構成断面図である。図１におい
て、圧力センサ１は、ピエゾゲージ式や蒸着ゲージ式等
の単結晶シリコンからなるダイアフラム（加えられる圧
力に応じて変位する）を有し、そのダイアフラムの表面
にはゲージ抵抗が形成されている。そして、この圧力セ
ンサ１は、ダイヤフラムのゲージ抵抗が形成されていな
い面が、第１のガラス基板（下側基板（たとえば、ホウ
珪酸ガラス））２と対向するように、この第１ガラス基
板２に接合される。
【００２８】また、第１ガラス基板２は、上記圧力セン
サ１が接合された面と反対側の面は、ガラスやセラミッ
ク等からなる厚みの均一な絶縁性のスペーサ４を挟んで
第２のガラス基板（上側基板）３と接合される。
サ１が接合された面と反対側の面は、ガラスやセラミッ
ク等からなる厚みの均一な絶縁性のスペーサ４を挟んで
第２のガラス基板（上側基板）３と接合される。
【００２９】これら第１ガラス基板２及び第２ガラス基
板とには、互いに対向する貫通孔である第１圧力導入口
２１、第２の圧力導入口３１が形成されている。そし
て、圧力導入口２１と圧力センサ１のダイアフラムとが
対向するように、これら第１ガラス基板２と圧力センサ
１とが互いに接合されている。そして、これら圧力導入
口２１及び３１を介して、圧力センサの外界の圧力が圧
力センサ１に導かれる。圧力検出の原理については、図
２及び図３を参照して述べるので、ここでは、主に構成
について記載する。
板とには、互いに対向する貫通孔である第１圧力導入口
２１、第２の圧力導入口３１が形成されている。そし
て、圧力導入口２１と圧力センサ１のダイアフラムとが
対向するように、これら第１ガラス基板２と圧力センサ
１とが互いに接合されている。そして、これら圧力導入
口２１及び３１を介して、圧力センサの外界の圧力が圧
力センサ１に導かれる。圧力検出の原理については、図
２及び図３を参照して述べるので、ここでは、主に構成
について記載する。
【００３０】図１において、圧力センサ１は、上述した
ように、ゲージ抵抗が形成されていない面側が第１ガラ
ス基板２に接合されているので、ゲージ抵抗が形成され
ていない面側に測定流体が導入される。このため、ゲー
ジ抵抗等は測定流体に接触することが無く、素子が測定
流体により汚染されることは無い。したがって、圧力検
出特性等の検出特性の劣化やドリフト等を防止すること
ができる。さらに、腐食性の流体の流量等を測定する場
合には、酸化膜、窒化膜、Ａｕ、Ｐｔ等の非腐食性膜を
パッシベーションとして圧力検出センサ１に成膜するこ
とにより、耐腐食性を向上することが可能である。
ように、ゲージ抵抗が形成されていない面側が第１ガラ
ス基板２に接合されているので、ゲージ抵抗が形成され
ていない面側に測定流体が導入される。このため、ゲー
ジ抵抗等は測定流体に接触することが無く、素子が測定
流体により汚染されることは無い。したがって、圧力検
出特性等の検出特性の劣化やドリフト等を防止すること
ができる。さらに、腐食性の流体の流量等を測定する場
合には、酸化膜、窒化膜、Ａｕ、Ｐｔ等の非腐食性膜を
パッシベーションとして圧力検出センサ１に成膜するこ
とにより、耐腐食性を向上することが可能である。
【００３１】ガラス基板２と３とには、これらが互いに
対向する面に、金属等からなる第１の導電膜２３と第２
の導電膜３３とが形成されている。これらガラス基板２
及び３に用いる導電膜２３、３３も圧力センサ１のパッ
シベーションと同様に、Ａｕ、Ｐｔ等の非腐食性の材質
を用いることによって、酸、アルカリに強いセンサとす
ることができる。また、ＩＴＯ（Indium tin oxide）の
ような透明の導電膜を用いれば、観察が可能となり、基
板の製造が容易となる。
対向する面に、金属等からなる第１の導電膜２３と第２
の導電膜３３とが形成されている。これらガラス基板２
及び３に用いる導電膜２３、３３も圧力センサ１のパッ
シベーションと同様に、Ａｕ、Ｐｔ等の非腐食性の材質
を用いることによって、酸、アルカリに強いセンサとす
ることができる。また、ＩＴＯ（Indium tin oxide）の
ような透明の導電膜を用いれば、観察が可能となり、基
板の製造が容易となる。
【００３２】導電膜２３、３３を電極板として、これら
の電極板２３と３３との間の電圧、静電容量を測定すれ
ば、電極板２３と３３との間に存在する被測定物の導電
率、誘電率を測定することができる。
の電極板２３と３３との間の電圧、静電容量を測定すれ
ば、電極板２３と３３との間に存在する被測定物の導電
率、誘電率を測定することができる。
【００３３】以下に、導電率、誘電率の測定原理を述べ
る。導電率σは、次式（１）で表すことができる。 σ＝ｄ／（Ｒ・Ｓef） −−−（１） ただし、ｄは電極板間のギャップ長、Ｓefは有効電極面
積、Ｒは電極板間の液抵抗である。
る。導電率σは、次式（１）で表すことができる。 σ＝ｄ／（Ｒ・Ｓef） −−−（１） ただし、ｄは電極板間のギャップ長、Ｓefは有効電極面
積、Ｒは電極板間の液抵抗である。
【００３４】図２４に示すように、電極板２３、３３間
に電圧△Ｅを印加して、この間を流れる電流△Ｉを測定
し、△Ｅ／△Ｉを算出することにより液抵抗Ｒを測定す
ることができるので、導電率σは、電極板２３、３３等
の構造定数であるギャップ長ｄ、有効電極面積Ｓefを上
記式（１）に代入すれば、算出できる。
に電圧△Ｅを印加して、この間を流れる電流△Ｉを測定
し、△Ｅ／△Ｉを算出することにより液抵抗Ｒを測定す
ることができるので、導電率σは、電極板２３、３３等
の構造定数であるギャップ長ｄ、有効電極面積Ｓefを上
記式（１）に代入すれば、算出できる。
【００３５】一方、比誘電率εsは、次式（２）により
表すことができる。 εs＝（Ｃ／Ｃa）・（Ｓt／Ｓef）−（Ｓt／Ｓef−１） −−−（２） ただし、Ｃは被測定液中での静電容量、Ｃaは空気中で
の静電容量、Ｓtは全電極面積、Ｓefは被測定液体に浸
る有効電極面積である。
表すことができる。 εs＝（Ｃ／Ｃa）・（Ｓt／Ｓef）−（Ｓt／Ｓef−１） −−−（２） ただし、Ｃは被測定液中での静電容量、Ｃaは空気中で
の静電容量、Ｓtは全電極面積、Ｓefは被測定液体に浸
る有効電極面積である。
【００３６】また、εoを真空の誘電率とすると、空気
中での静電容量Ｃaは、次式（３）出表すことができ
る。 Ｃa＝εo・Ｓt／ｄ −−−（３） 上記式（３）から明かなように、空気中の静電容量Ｃa
は構造から決定する定数である。したがって、極板２３
と３３との間の静電容量を測定することにより、被測定
液体の誘電率を計測することができる。
中での静電容量Ｃaは、次式（３）出表すことができ
る。 Ｃa＝εo・Ｓt／ｄ −−−（３） 上記式（３）から明かなように、空気中の静電容量Ｃa
は構造から決定する定数である。したがって、極板２３
と３３との間の静電容量を測定することにより、被測定
液体の誘電率を計測することができる。
【００３７】図１において、ガラス基板２は、エポキシ
系の接着剤や低融点ガラス等の接着物１８によって、出
力取り出し用のハーメチック端子５に固着される。この
ハーメチック端子５は、凹部を有し、この凹部により上
記圧力センサ１が包囲され、この圧力センサ１の他方の
面（圧力導入口２１に対向する面の反対側の面）を被測
定体から隔離する隔離室が形成される。
系の接着剤や低融点ガラス等の接着物１８によって、出
力取り出し用のハーメチック端子５に固着される。この
ハーメチック端子５は、凹部を有し、この凹部により上
記圧力センサ１が包囲され、この圧力センサ１の他方の
面（圧力導入口２１に対向する面の反対側の面）を被測
定体から隔離する隔離室が形成される。
【００３８】圧力センサ１の出力は、接続線１０から導
電膜２４を介して、ガラス基板２のガラス基板３に対向
する側の面（上面）に取り出される。つまり、導電膜２
４は、ガラス基板２に穿孔されたスルーホール２２を介
して、ガラス基板２の上面と下面とを電気的に接続して
おり、これにより圧力センサ１の出力がガラス基板２の
上面に取り出される。そして、圧力センサ１の出力は、
ガラス基板２の上面から接続線１１を介してハーチック
端子５のピン６に取り出される。また、ガラス基板２の
導電膜２３は、接続線１１Ｂを介して、ハーメチック端
子５のピン６Ｂに接続される。
電膜２４を介して、ガラス基板２のガラス基板３に対向
する側の面（上面）に取り出される。つまり、導電膜２
４は、ガラス基板２に穿孔されたスルーホール２２を介
して、ガラス基板２の上面と下面とを電気的に接続して
おり、これにより圧力センサ１の出力がガラス基板２の
上面に取り出される。そして、圧力センサ１の出力は、
ガラス基板２の上面から接続線１１を介してハーチック
端子５のピン６に取り出される。また、ガラス基板２の
導電膜２３は、接続線１１Ｂを介して、ハーメチック端
子５のピン６Ｂに接続される。
【００３９】ガラス基板３の導電膜３３は、このガラス
基板３に穿孔されたスルーホール３２を介して接続線１
１Ａと接続される。そして、接続線１１Ａは、ハーメチ
ック端子５のピン６Ａに接続される。
基板３に穿孔されたスルーホール３２を介して接続線１
１Ａと接続される。そして、接続線１１Ａは、ハーメチ
ック端子５のピン６Ａに接続される。
【００４０】また、キャップ（上蓋部材）９がハーメチ
ック端子５に接着又は溶接されるとともに、ガラス基板
３にも接着される。そして、キャップ９の内面とハーメ
チック端子５等で囲われる部分は、シリコンオイル又は
ガス等で満たされる。これにより、上記接続線１１、１
１Ａ、１１Ｂの接続部分が、被測定液体から隔離され、
保護される。なお、この図１の実施形態においては、圧
力センサ１は差圧センサとする例である。
ック端子５に接着又は溶接されるとともに、ガラス基板
３にも接着される。そして、キャップ９の内面とハーメ
チック端子５等で囲われる部分は、シリコンオイル又は
ガス等で満たされる。これにより、上記接続線１１、１
１Ａ、１１Ｂの接続部分が、被測定液体から隔離され、
保護される。なお、この図１の実施形態においては、圧
力センサ１は差圧センサとする例である。
【００４１】ハーメチック端子５には、外部からの圧力
を、圧力センサ１のダイアフラムの上記圧力導入口２１
に対向する面とは反対側の面に導入するための流路（圧
力導入路）７が形成されている。この流路７には、外部
配管と流路７とを接続するためのジョイント８が設けら
れている。そして、流路７により上記シリコンオイル等
を介して作用する圧力センサ１のダイアフラムへの圧力
と、圧力導入口３１から圧力センサ１のダイアフラムに
作用する圧力との差にほぼ比例した出力が、圧力センサ
１から出力される。
を、圧力センサ１のダイアフラムの上記圧力導入口２１
に対向する面とは反対側の面に導入するための流路（圧
力導入路）７が形成されている。この流路７には、外部
配管と流路７とを接続するためのジョイント８が設けら
れている。そして、流路７により上記シリコンオイル等
を介して作用する圧力センサ１のダイアフラムへの圧力
と、圧力導入口３１から圧力センサ１のダイアフラムに
作用する圧力との差にほぼ比例した出力が、圧力センサ
１から出力される。
【００４２】次に、上述したようにして得られた差圧、
導電率、誘電率に、それぞれ対応する信号出力は、フレ
キシブル・プリント基板（ＦＰＣ）１２を介して信号増
幅器１３に供給される。信号増幅器１３に供給された信
号は、増幅された後、入出力回路・信号処理部（マイク
ロプロセッサ）１４に供給され、適切な信号出力の形態
に変換される。そして、この変換された信号が出力端子
１６から外部に取り出される。
導電率、誘電率に、それぞれ対応する信号出力は、フレ
キシブル・プリント基板（ＦＰＣ）１２を介して信号増
幅器１３に供給される。信号増幅器１３に供給された信
号は、増幅された後、入出力回路・信号処理部（マイク
ロプロセッサ）１４に供給され、適切な信号出力の形態
に変換される。そして、この変換された信号が出力端子
１６から外部に取り出される。
【００４３】この複合センサの動作電力は外部から供給
することも可能であるが、箱体１７の内部に電池１５を
備えることにより、携帯可能な複合センサとすることが
でき、使い勝手が良好となる。また、電源が存在しない
野外においても、使用することが可能となる。
することも可能であるが、箱体１７の内部に電池１５を
備えることにより、携帯可能な複合センサとすることが
でき、使い勝手が良好となる。また、電源が存在しない
野外においても、使用することが可能となる。
【００４４】図２は、図１に示した複合センサに使用さ
れるピエゾ抵抗式の圧力・温度センサ１の概略構成図を
示す図である。単結晶シリコンに拡散形成されたピエゾ
抵抗素子１ａ〜１ｅは、その配列方向によって、応力に
対する感度が非常に異なる（異方性が大きい）。（００
１）面に形成されたゲージ抵抗（感歪抵抗素子）は、＜
１１０＞方向を向いているときに、応力に対して最大の
感度を有し、＜１００＞方向を向いているときには、応
力に対してほとんど感度がない。したがって、温度ゲー
ジ（感温度素子）１ｅを作るためには、＜１００＞方向
に拡散抵抗を形成すればよい。
れるピエゾ抵抗式の圧力・温度センサ１の概略構成図を
示す図である。単結晶シリコンに拡散形成されたピエゾ
抵抗素子１ａ〜１ｅは、その配列方向によって、応力に
対する感度が非常に異なる（異方性が大きい）。（００
１）面に形成されたゲージ抵抗（感歪抵抗素子）は、＜
１１０＞方向を向いているときに、応力に対して最大の
感度を有し、＜１００＞方向を向いているときには、応
力に対してほとんど感度がない。したがって、温度ゲー
ジ（感温度素子）１ｅを作るためには、＜１００＞方向
に拡散抵抗を形成すればよい。
【００４５】また、＜１１０＞方向を向いたゲージ抵抗
１ａ〜１ｄは、ダイアフラム１ｍに対して半径方向を向
いているか、接線方向を向いているかによって抵抗変化
の符号が異なる。ゲージ面から圧力が負荷された場合、
半径方向のゲージ１ａ、１ｃは、抵抗値が増加し、接線
方向のゲージ１ｂ、１ｄは、抵抗値が減少する。そこ
で、これらのゲージをアルミニウム等からなる配線１ｋ
で連結し、出力取り出し用のパッド部１ｆ〜１ｊに接続
する。
１ａ〜１ｄは、ダイアフラム１ｍに対して半径方向を向
いているか、接線方向を向いているかによって抵抗変化
の符号が異なる。ゲージ面から圧力が負荷された場合、
半径方向のゲージ１ａ、１ｃは、抵抗値が増加し、接線
方向のゲージ１ｂ、１ｄは、抵抗値が減少する。そこ
で、これらのゲージをアルミニウム等からなる配線１ｋ
で連結し、出力取り出し用のパッド部１ｆ〜１ｊに接続
する。
【００４６】この配線によって、ゲージ抵抗１ａ〜１ｅ
は、図３に示すブリッジ回路を構成し、端子１ｇと１ｉ
との間に励起電圧を印加することにより、端子１ｊ−１
ｈ間で図２３に示すような圧力Ｐに比例する出力電圧ｅ
が得られる。
は、図３に示すブリッジ回路を構成し、端子１ｇと１ｉ
との間に励起電圧を印加することにより、端子１ｊ−１
ｈ間で図２３に示すような圧力Ｐに比例する出力電圧ｅ
が得られる。
【００４７】ここで、４つのゲージ抵抗でブリッジ回路
が構成されるため、ゲージ抵抗の温度変化は相殺される
こととなる。一方、温度の検出は、温度係数が無視でき
る固定抵抗１ｎ（Ｒref）を温度ゲージに直列に接続
し、中間の端子１ｆに、オフセット電圧と温度とを加え
たものに、ほぼ比例する出力電圧を発生させればよい。
この電圧を差動増幅し、オフセット分を差し引くことに
よって温度を測定することができる。
が構成されるため、ゲージ抵抗の温度変化は相殺される
こととなる。一方、温度の検出は、温度係数が無視でき
る固定抵抗１ｎ（Ｒref）を温度ゲージに直列に接続
し、中間の端子１ｆに、オフセット電圧と温度とを加え
たものに、ほぼ比例する出力電圧を発生させればよい。
この電圧を差動増幅し、オフセット分を差し引くことに
よって温度を測定することができる。
【００４８】図４は、図１に示した例におけるガラス基
板２の上面（図４の（Ａ））及び下面（図４の（Ｂ））
を示す図である。図４において、２３は導電率・誘電率
測定用の電極であり、２１は圧力導入口である。圧力セ
ンサ１の出力は、出力パッドに対応する５つのスルーホ
ール２２を介して導電膜２４により下面から上面側に引
き出される。
板２の上面（図４の（Ａ））及び下面（図４の（Ｂ））
を示す図である。図４において、２３は導電率・誘電率
測定用の電極であり、２１は圧力導入口である。圧力セ
ンサ１の出力は、出力パッドに対応する５つのスルーホ
ール２２を介して導電膜２４により下面から上面側に引
き出される。
【００４９】図５は、図１に示した例におけるガラス基
板３の上面（図５の（Ａ））及び下面（図５の（Ｂ））
を示す図である。図５において、３１は圧力導入口であ
り、３３は導電率・誘電率測定用の電極である。この電
極３３も、スルーホール３２により上面側の導電膜３４
に取り出される。
板３の上面（図５の（Ａ））及び下面（図５の（Ｂ））
を示す図である。図５において、３１は圧力導入口であ
り、３３は導電率・誘電率測定用の電極である。この電
極３３も、スルーホール３２により上面側の導電膜３４
に取り出される。
【００５０】以上のように、本発明の第１の実施形態に
よれば、圧力センサの差圧を測定するためのダイアフラ
ムへ圧力を導入するための被測定液体導入路に、この被
測定液体の導電率・誘電率測定用の電極である互いに対
向する導電膜を配置するように構成したので、差圧（流
量）と水質とを一つのセンサで測定可能な複合センサを
実現することができる。
よれば、圧力センサの差圧を測定するためのダイアフラ
ムへ圧力を導入するための被測定液体導入路に、この被
測定液体の導電率・誘電率測定用の電極である互いに対
向する導電膜を配置するように構成したので、差圧（流
量）と水質とを一つのセンサで測定可能な複合センサを
実現することができる。
【００５１】図６及び図７は、本発明の第２の実施形態
である複合センサの要部概略構成断面図である。この第
２の実施形態は、圧力・温度センサ１のピエゾ抵抗の面
を下ガラス基板２に直接接合した例である。つまり、図
１の例における圧力センサ１のダイアフラムと反対側の
面がガラス基板２に接合されている。ゲージ面を直接ガ
ラス基板２に接合するためには、その表面を平坦化する
必要があるため、図２に示した圧力センサ１の結線１ｋ
及びパッド１ｆ〜１ｊは、アルミニウム等を用いること
はできない。
である複合センサの要部概略構成断面図である。この第
２の実施形態は、圧力・温度センサ１のピエゾ抵抗の面
を下ガラス基板２に直接接合した例である。つまり、図
１の例における圧力センサ１のダイアフラムと反対側の
面がガラス基板２に接合されている。ゲージ面を直接ガ
ラス基板２に接合するためには、その表面を平坦化する
必要があるため、図２に示した圧力センサ１の結線１ｋ
及びパッド１ｆ〜１ｊは、アルミニウム等を用いること
はできない。
【００５２】そこで、低抵抗拡散層（Ｐ＋層）１ｑを形
成し、導電膜２４をガラス基板２との間に挟み込むよう
に陽極接合する。低抵抗層１ｑと２４とは、これによっ
てオーミックコンタトがとれるので、ワイヤ接続なしに
電極を引き出すことが可能となる。ただし、上記構成で
は、ゲージ面が直接測定流体に接触するため、酸化膜、
窒化膜、あるいはこれらの絶縁膜上に、Ａｕ、Ｐｔを成
膜した多層膜１ｒでパッシベーションする必要がある。
成し、導電膜２４をガラス基板２との間に挟み込むよう
に陽極接合する。低抵抗層１ｑと２４とは、これによっ
てオーミックコンタトがとれるので、ワイヤ接続なしに
電極を引き出すことが可能となる。ただし、上記構成で
は、ゲージ面が直接測定流体に接触するため、酸化膜、
窒化膜、あるいはこれらの絶縁膜上に、Ａｕ、Ｐｔを成
膜した多層膜１ｒでパッシベーションする必要がある。
【００５３】この第２の実施形態においては、第１の実
施形態と同様な効果を得ることができる他、圧力センサ
にワイヤ接続がないため、製作工程が削減でき、さらに
ハーメチック端子５との接着時に裏側ワイヤ１０を切っ
てしまうという、不良の発生が有り得ないので、製造に
おける歩留まりを向上することができる。
施形態と同様な効果を得ることができる他、圧力センサ
にワイヤ接続がないため、製作工程が削減でき、さらに
ハーメチック端子５との接着時に裏側ワイヤ１０を切っ
てしまうという、不良の発生が有り得ないので、製造に
おける歩留まりを向上することができる。
【００５４】図８及び図９は、本発明の第３の実施形態
である複合センサの要部概略構成断面図である。この第
３の実施形態は、圧力センサとして静電容量式のものを
用いた例である。図８及び図９において、上側固定電極
２５が形成された下基板２と、単結晶シリコン等からな
る可動電極１０１ａと、ホウ珪酸ガラス等からなる別個
の基板であって、可動電極１０１ａを間にして下基板２
と対向する対向基板１０１ｂとが陽極接合されている。
である複合センサの要部概略構成断面図である。この第
３の実施形態は、圧力センサとして静電容量式のものを
用いた例である。図８及び図９において、上側固定電極
２５が形成された下基板２と、単結晶シリコン等からな
る可動電極１０１ａと、ホウ珪酸ガラス等からなる別個
の基板であって、可動電極１０１ａを間にして下基板２
と対向する対向基板１０１ｂとが陽極接合されている。
【００５５】可動電極１０１ａは、その中心部にボスが
形成されており、基板２及び基板１０１ｂのそれぞれと
の距離は、通常、数ミクロン〜数十ミクロン程度になる
ようにエッチング加工される。また、基板１０１ｂに
は、下面側からの圧力を可動電極１０１ａに導くための
小孔１０１ｃが形成され、この孔１０１ｃを介して下側
固定電極１０１ｄが基板１０１ｂの下面と上面とに形成
されている。
形成されており、基板２及び基板１０１ｂのそれぞれと
の距離は、通常、数ミクロン〜数十ミクロン程度になる
ようにエッチング加工される。また、基板１０１ｂに
は、下面側からの圧力を可動電極１０１ａに導くための
小孔１０１ｃが形成され、この孔１０１ｃを介して下側
固定電極１０１ｄが基板１０１ｂの下面と上面とに形成
されている。
【００５６】この第３の実施形態において、圧力測定
は、次のように行う。圧力導入口２１と１０１ｃとから
可動電極１０１ａの両面側に導かれた圧力の差に比例し
て、可動電極１０１ａが変位する。そして、この変位量
にほぼ比例して上側固定電極２５と可動電極１０１ａと
の間の静電容量（Ｃ１）と、下側固定電極１０１ｄと可
動電極１０１ａとの間の静電容量（Ｃ２）とに静電容量
の偏差△Ｃ（Ｃ１−Ｃ２）が発生する。
は、次のように行う。圧力導入口２１と１０１ｃとから
可動電極１０１ａの両面側に導かれた圧力の差に比例し
て、可動電極１０１ａが変位する。そして、この変位量
にほぼ比例して上側固定電極２５と可動電極１０１ａと
の間の静電容量（Ｃ１）と、下側固定電極１０１ｄと可
動電極１０１ａとの間の静電容量（Ｃ２）とに静電容量
の偏差△Ｃ（Ｃ１−Ｃ２）が発生する。
【００５７】したがって、この静電容量の偏差△Ｃは、
図２３に示すように、圧力Ｐにほぼ比例するので、偏差
△Ｃから圧力Ｐの値を算出することができる。このよう
な静電容量式の圧力センサは、ピエゾ抵抗式に比較し
て、構造は複雑となるが、感度の温度依存性が小さく、
使用温度範囲が広いという利点を有している。また、電
極２５と電極１０１ｄとの間には電流がほとんど流れな
いので、消費電力が少ないという利点も有している。
図２３に示すように、圧力Ｐにほぼ比例するので、偏差
△Ｃから圧力Ｐの値を算出することができる。このよう
な静電容量式の圧力センサは、ピエゾ抵抗式に比較し
て、構造は複雑となるが、感度の温度依存性が小さく、
使用温度範囲が広いという利点を有している。また、電
極２５と電極１０１ｄとの間には電流がほとんど流れな
いので、消費電力が少ないという利点も有している。
【００５８】図１０は、静電容量式の圧力センサに用い
られる下基板２の上面（図１０の（Ａ））及び下面（図
１０の（Ｂ））を示す図である。図１０において、２１
は圧力導入口であり、２３は導電率・誘電率測定用の電
極である。また、２５は上側固定電極及びそのパッド部
であり、２２ａ、２４ａは下側固定電極１０１ｄの電位
を外部に引き出すためのスルーホール及び電極パッドで
ある。また、可動電極１０１ａの電極を引き出すため
に、基板１０１ｂに切り欠きを形成し、可動電極１０１
ａの一部を基板１０１ｂを介して、図の下方側に露出さ
せる。この可動電極１０１ａの露出した一部にアルミニ
ウム等からなる電極パッド１０１ｅを形成し、この電極
パッド１０１ｅと、外部引き出し用のスルーホール２２
ｂに渡り形成された電極パッド２４ｂとをワイヤにより
接続する。
られる下基板２の上面（図１０の（Ａ））及び下面（図
１０の（Ｂ））を示す図である。図１０において、２１
は圧力導入口であり、２３は導電率・誘電率測定用の電
極である。また、２５は上側固定電極及びそのパッド部
であり、２２ａ、２４ａは下側固定電極１０１ｄの電位
を外部に引き出すためのスルーホール及び電極パッドで
ある。また、可動電極１０１ａの電極を引き出すため
に、基板１０１ｂに切り欠きを形成し、可動電極１０１
ａの一部を基板１０１ｂを介して、図の下方側に露出さ
せる。この可動電極１０１ａの露出した一部にアルミニ
ウム等からなる電極パッド１０１ｅを形成し、この電極
パッド１０１ｅと、外部引き出し用のスルーホール２２
ｂに渡り形成された電極パッド２４ｂとをワイヤにより
接続する。
【００５９】以上の構成により、電極２５と電極パッド
２４ｂとの間の静電容量を測定すれば、電極２５と可動
電極１０１ａとの間の静電容量Ｃ１を測定することがで
き、電極パッド２４ａと電極パッド２４ｂとの間の静電
容量を測定すれば、可動電極１０１ａと固定電極１０１
ｄとの間の静電容量Ｃ２を測定することができる。そし
て、測定した静電容量Ｃ１からＣ２を減算して、静電容
量の偏差△Ｃを算出し、この算出した静電容量偏差△Ｃ
から圧力Ｐを算出することができる。
２４ｂとの間の静電容量を測定すれば、電極２５と可動
電極１０１ａとの間の静電容量Ｃ１を測定することがで
き、電極パッド２４ａと電極パッド２４ｂとの間の静電
容量を測定すれば、可動電極１０１ａと固定電極１０１
ｄとの間の静電容量Ｃ２を測定することができる。そし
て、測定した静電容量Ｃ１からＣ２を減算して、静電容
量の偏差△Ｃを算出し、この算出した静電容量偏差△Ｃ
から圧力Ｐを算出することができる。
【００６０】以上のように、本発明の第３の実施形態に
よれば、第１の実施形態と同様な効果を得ることができ
る他、圧力センサは静電容量式としたので、感度の温度
依存性が小さく、使用温度範囲が広いという利点を有し
ている。さらに、電極２５と電極１０１ｄとの間には電
流がほとんど流れないので、消費電力が少ないという利
点も有している。
よれば、第１の実施形態と同様な効果を得ることができ
る他、圧力センサは静電容量式としたので、感度の温度
依存性が小さく、使用温度範囲が広いという利点を有し
ている。さらに、電極２５と電極１０１ｄとの間には電
流がほとんど流れないので、消費電力が少ないという利
点も有している。
【００６１】図１１は、本発明の第４の実施形態である
複合センサの要部概略構成断面図である。この第４の実
施形態は、圧力センサとしてピエゾ抵抗式の絶対圧セン
サと導電率・誘電率センサとの複合センサの例である。
複合センサの要部概略構成断面図である。この第４の実
施形態は、圧力センサとしてピエゾ抵抗式の絶対圧セン
サと導電率・誘電率センサとの複合センサの例である。
【００６２】つまり、この実施形態においては、圧力セ
ンサ１自身は、差圧センサであるが、ハーメチック端子
５には、図１の例のような流路７が形成されておらず、
圧力センサ１のダイアフラムの一方の面側には、外部の
被測定体の圧力は導入されない構成となっている。その
他の構成については、図１の例と同様となっている。
ンサ１自身は、差圧センサであるが、ハーメチック端子
５には、図１の例のような流路７が形成されておらず、
圧力センサ１のダイアフラムの一方の面側には、外部の
被測定体の圧力は導入されない構成となっている。その
他の構成については、図１の例と同様となっている。
【００６３】上述した圧力センサ１のダイアフラムの一
方の面側は、接着部１８により、外部と遮断され、気密
に保持されており、一気圧程度の圧力が維持されるよう
に構成されている。
方の面側は、接着部１８により、外部と遮断され、気密
に保持されており、一気圧程度の圧力が維持されるよう
に構成されている。
【００６４】したがって、この第４の実施形態によれ
ば、圧力センサ１の一方の面側の圧力は一気圧であるこ
とが予め判明しているので、圧力センサ１により検出さ
れた差圧から外部の絶対圧力を測定することが可能とな
り、絶対圧と導電率・誘電率を測定可能な複合センサを
実現することができる。
ば、圧力センサ１の一方の面側の圧力は一気圧であるこ
とが予め判明しているので、圧力センサ１により検出さ
れた差圧から外部の絶対圧力を測定することが可能とな
り、絶対圧と導電率・誘電率を測定可能な複合センサを
実現することができる。
【００６５】図１２は、本発明の第５の実施形態である
複合センサの要部概略構成断面図である。この第５の実
施形態は、圧力センサとしてピエゾ抵抗式の真空センサ
と導電率・誘電率センサとの複合センサの例である。
複合センサの要部概略構成断面図である。この第５の実
施形態は、圧力センサとしてピエゾ抵抗式の真空センサ
と導電率・誘電率センサとの複合センサの例である。
【００６６】つまり、この第５の実施形態は、被測定体
の圧力が、例えば、１００mmTorr程度の低い圧力を測定
する場合に適する例であり、圧力センサ１には高感度の
ものを使用する。そして、ハーメチック端子５の内部で
ある、圧力センサ１のダイアフラムの一方の面側をほぼ
真空とする。
の圧力が、例えば、１００mmTorr程度の低い圧力を測定
する場合に適する例であり、圧力センサ１には高感度の
ものを使用する。そして、ハーメチック端子５の内部で
ある、圧力センサ１のダイアフラムの一方の面側をほぼ
真空とする。
【００６７】このために、ハーメチック端子５には、製
造時に外部と連通される流路７１が形成されており、こ
の流路７１を介してハーメチック端子５の内部を所定の
真空度となるように減圧する。そして、ハーメチック端
子５の内部が所定の真空度となったときに、栓７２で流
路７１を封止して、ハーメチック端子５の内部である、
圧力センサ１のダイアフラムの一方の面側をほぼ真空と
する。
造時に外部と連通される流路７１が形成されており、こ
の流路７１を介してハーメチック端子５の内部を所定の
真空度となるように減圧する。そして、ハーメチック端
子５の内部が所定の真空度となったときに、栓７２で流
路７１を封止して、ハーメチック端子５の内部である、
圧力センサ１のダイアフラムの一方の面側をほぼ真空と
する。
【００６８】流路７に代えて流路７１が形成され、この
流路７１が栓７２で封止されている部分以外は、この図
１２の例は、図１の例と同様となっている。この第５の
実施形態によれば、圧力が低い被測定体の圧力及び導電
率・誘電率を測定可能な複合センサを実現することがで
きる。
流路７１が栓７２で封止されている部分以外は、この図
１２の例は、図１の例と同様となっている。この第５の
実施形態によれば、圧力が低い被測定体の圧力及び導電
率・誘電率を測定可能な複合センサを実現することがで
きる。
【００６９】図１３〜図１７は、図１に示した第１の実
施形態である複合センサの製造方法を説明する図であ
る。まず、図１３の（Ａ）において、上基板３に圧力導
入口３１とスルーホール３２とする孔を形成する。次
に、基板３の両面にＡｕ、Ｐｔ等の非腐食性の導電膜３
３を蒸着、スパッタリング又はメッキ等の方法で成膜
し、パターニングする。そして、図１３の（Ｂ）におい
て、下基板２についても、上基板３と同様に、圧力導入
口２１及びスルーホール２２を形成し、導電膜２３、２
４を形成する。次に、図１４に示すように、下基板２と
圧力センサ１とを３００〜３５０℃に加熱し、約１ｋＶ
の電圧を印加して接合する（陽極接合）。
施形態である複合センサの製造方法を説明する図であ
る。まず、図１３の（Ａ）において、上基板３に圧力導
入口３１とスルーホール３２とする孔を形成する。次
に、基板３の両面にＡｕ、Ｐｔ等の非腐食性の導電膜３
３を蒸着、スパッタリング又はメッキ等の方法で成膜
し、パターニングする。そして、図１３の（Ｂ）におい
て、下基板２についても、上基板３と同様に、圧力導入
口２１及びスルーホール２２を形成し、導電膜２３、２
４を形成する。次に、図１４に示すように、下基板２と
圧力センサ１とを３００〜３５０℃に加熱し、約１ｋＶ
の電圧を印加して接合する（陽極接合）。
【００７０】そして、図１５に示すように、基板２と基
板３との間にガラス、セラミック等からなる絶縁性のス
ペーサ４を接合する。その後、圧力センサ１と導電膜２
４との配線（ワイヤ）１０を接続する。
板３との間にガラス、セラミック等からなる絶縁性のス
ペーサ４を接合する。その後、圧力センサ１と導電膜２
４との配線（ワイヤ）１０を接続する。
【００７１】次に、図１６に示すように、基板２、３と
圧力センサ１とを図１５に示した状態から反転させ、基
板２とハーメチック端子（接続端子と凹部とを有する密
封部材）５とをエポキシ系の接着剤等の接着物１８によ
り接合する。そして、最後に、図１７に示すように、接
続線１１、１１Ａ、１１Ｂを導電膜２４等とピン６等と
に接続し、キャップ９をハーメチック端子５に溶接し
（溶接部分９ａ）するとともに、キャップ９を上基板３
に接着（接着部分９ｂ）する。図１３〜図１７に示した
製造方法は、図１の例の製造方法であるが、図６の例、
図８の例、図１１の例及び図１２の例も、図１３〜図１
７に示した方法と同様な方法により製造される。
圧力センサ１とを図１５に示した状態から反転させ、基
板２とハーメチック端子（接続端子と凹部とを有する密
封部材）５とをエポキシ系の接着剤等の接着物１８によ
り接合する。そして、最後に、図１７に示すように、接
続線１１、１１Ａ、１１Ｂを導電膜２４等とピン６等と
に接続し、キャップ９をハーメチック端子５に溶接し
（溶接部分９ａ）するとともに、キャップ９を上基板３
に接着（接着部分９ｂ）する。図１３〜図１７に示した
製造方法は、図１の例の製造方法であるが、図６の例、
図８の例、図１１の例及び図１２の例も、図１３〜図１
７に示した方法と同様な方法により製造される。
【００７２】以上説明した実施形態は、上基板３が絶縁
物からなる例であるが、上基板を金属（導電体）からな
るように構成することもできる。図１８は、本発明の第
６の実施形態である複合センサの要部概略構成断面図で
あり、上基板を金属の基板３０とした例である。上基板
３０は金属であるので、この基板３０に特に導電膜を形
成しなくても、基板３０そのものが電極として、機能可
能であるので、複合センサの構造が簡単となる。ただ
し、ハーメチック端子５のピンとの配線接続のために、
基板３０の一部にボンディングパッド３３を形成する必
要はある。
物からなる例であるが、上基板を金属（導電体）からな
るように構成することもできる。図１８は、本発明の第
６の実施形態である複合センサの要部概略構成断面図で
あり、上基板を金属の基板３０とした例である。上基板
３０は金属であるので、この基板３０に特に導電膜を形
成しなくても、基板３０そのものが電極として、機能可
能であるので、複合センサの構造が簡単となる。ただ
し、ハーメチック端子５のピンとの配線接続のために、
基板３０の一部にボンディングパッド３３を形成する必
要はある。
【００７３】また、基板３０が金属であるので、キャッ
プ９とこの基板３０との接着部分９ｂは、溶接により接
着することが可能となり、接着剤を用いる場合に比較し
て、耐熱温度が高く、信頼性を向上することができる。
この第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な
効果が得られる他、構造が簡単となる効果も得られる。
プ９とこの基板３０との接着部分９ｂは、溶接により接
着することが可能となり、接着剤を用いる場合に比較し
て、耐熱温度が高く、信頼性を向上することができる。
この第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な
効果が得られる他、構造が簡単となる効果も得られる。
【００７４】なお、基板３０の材質としては、使用環境
がこの基板３０を酸化しにくい状況であれば、銅等の一
般の金属を使用することができる。また、金属が腐食し
やすい使用環境であれば、基板３０として、金、白金等
の貴金属を使用する。
がこの基板３０を酸化しにくい状況であれば、銅等の一
般の金属を使用することができる。また、金属が腐食し
やすい使用環境であれば、基板３０として、金、白金等
の貴金属を使用する。
【００７５】図１９は、本発明の複合センサを水位及び
水質を測定する水質監視機能付水位計として用いる場合
の例を示す図である。そして、この例においては、被測
定液体の導電率を検出することにより被測定液体の水質
を監視する。
水質を測定する水質監視機能付水位計として用いる場合
の例を示す図である。そして、この例においては、被測
定液体の導電率を検出することにより被測定液体の水質
を監視する。
【００７６】図１９において、上記水位計は、センサ部
５０を水底に配置し、信号処理部の箱体１７を空気中に
配置するセパレート形となっており、センサ部５０と信
号処理部とは、防水性の信号線２００、アダプター２０
１、２０２により電気的に接続されている。このように
構成すれば、信号処理部への浸水を防止することがで
き、外部入出力端子１６も空気中に配置されるので、入
出力端子１６と外部装置との配線が容易である。
５０を水底に配置し、信号処理部の箱体１７を空気中に
配置するセパレート形となっており、センサ部５０と信
号処理部とは、防水性の信号線２００、アダプター２０
１、２０２により電気的に接続されている。このように
構成すれば、信号処理部への浸水を防止することがで
き、外部入出力端子１６も空気中に配置されるので、入
出力端子１６と外部装置との配線が容易である。
【００７７】ただし、防水性信号線２００が長く、この
信号線２００により入出力信号の減衰が大となる場合に
は、アダプター２０１に増幅部を配置する。また、セン
サ部５０では、圧力流路７が封止されていると、大気圧
の変動と水位の変化との区別ができなくなってしまう
（誤差原因となる）。そこで、大気圧変動の影響を除去
するため、圧力流路７をパイプ２０３に接続し、このパ
イプ２０３を介して、大気に開放する。この複合センサ
を屋外で使用する場合には、パイプ２０３の先端部から
雨等の侵入が考えられる。このため、図１９の例におい
ては、パイプ２０３の先端部付近は、水面側に屈曲さ
れ、雨等の侵入を防止するように構成されている。
信号線２００により入出力信号の減衰が大となる場合に
は、アダプター２０１に増幅部を配置する。また、セン
サ部５０では、圧力流路７が封止されていると、大気圧
の変動と水位の変化との区別ができなくなってしまう
（誤差原因となる）。そこで、大気圧変動の影響を除去
するため、圧力流路７をパイプ２０３に接続し、このパ
イプ２０３を介して、大気に開放する。この複合センサ
を屋外で使用する場合には、パイプ２０３の先端部から
雨等の侵入が考えられる。このため、図１９の例におい
ては、パイプ２０３の先端部付近は、水面側に屈曲さ
れ、雨等の侵入を防止するように構成されている。
【００７８】図２０は、本発明の複合センサを水質監視
機能付水位計として用いる場合の他の例である。この図
２０の例においては、図１９の例と同様のセパレート形
となっているが、箱体１７に空気室２０５を設け、箱体
１７を水上に浮遊させる構造となっている。こうするこ
とにより、水位の変動が激しい状況であっても、人手を
伴わずに常に信号処理部を空気中に配置することが可能
となる。
機能付水位計として用いる場合の他の例である。この図
２０の例においては、図１９の例と同様のセパレート形
となっているが、箱体１７に空気室２０５を設け、箱体
１７を水上に浮遊させる構造となっている。こうするこ
とにより、水位の変動が激しい状況であっても、人手を
伴わずに常に信号処理部を空気中に配置することが可能
となる。
【００７９】また、箱体１７が強風等により、大きく移
動しないように、支柱２０７を設け、この支柱２０７
に、リング等の鉛直方向に摩擦の小さい部材２０８を架
け、この部材２０８に箱体１７を接続する。この図２０
の例においても、図１９の例と同様に、センサ部５０
は、大気圧変動の影響を除去するために圧力センサの一
方側を大気に開放する必要がある。
動しないように、支柱２０７を設け、この支柱２０７
に、リング等の鉛直方向に摩擦の小さい部材２０８を架
け、この部材２０８に箱体１７を接続する。この図２０
の例においても、図１９の例と同様に、センサ部５０
は、大気圧変動の影響を除去するために圧力センサの一
方側を大気に開放する必要がある。
【００８０】この例においては、センサ部５０と箱体１
７とを接続する防水性信号線（ライン）２００の中に大
気圧導入路２０４が形成されており、箱体１７の一部分
に開放口２０６が形成されている。これにより、図１９
の例のような特別なパイプ２０３を設ける必要なく、大
気圧をセンサ部５０に導入することが可能となる。
７とを接続する防水性信号線（ライン）２００の中に大
気圧導入路２０４が形成されており、箱体１７の一部分
に開放口２０６が形成されている。これにより、図１９
の例のような特別なパイプ２０３を設ける必要なく、大
気圧をセンサ部５０に導入することが可能となる。
【００８１】なお、図２０の例において、測定対象が監
視室等より遠隔地にある場合には、電源をバッテリ又は
太陽電池とし、箱体１７に配置する。そして、センサ部
５０によって検出されたデータ等は、アンテナ２０９に
より無線で監視室等に送信することができる。
視室等より遠隔地にある場合には、電源をバッテリ又は
太陽電池とし、箱体１７に配置する。そして、センサ部
５０によって検出されたデータ等は、アンテナ２０９に
より無線で監視室等に送信することができる。
【００８２】図２１は、本発明の複合センサを流量及び
水質を監視する水質監視機能付流量計として用いる場合
の例を示す図である。そして、この例においては、導電
率を検出することにより被測定流体の水質を監視する。
水質を監視する水質監視機能付流量計として用いる場合
の例を示す図である。そして、この例においては、導電
率を検出することにより被測定流体の水質を監視する。
【００８３】図２１において、被測定流体が図の矢印の
方向に向かって流れているパイプライン３００の一部に
オリフィス３０１が形成されており、このオリフィス３
０１の上流側と下流側とで被測定流体による圧力差（差
圧）が発生する。被測定流体の体積流量は、差圧の１／
２乗に比例することから、差圧を計測することにより、
被測定流体の体積流量を測定することができる（差圧式
流量計の原理）。
方向に向かって流れているパイプライン３００の一部に
オリフィス３０１が形成されており、このオリフィス３
０１の上流側と下流側とで被測定流体による圧力差（差
圧）が発生する。被測定流体の体積流量は、差圧の１／
２乗に比例することから、差圧を計測することにより、
被測定流体の体積流量を測定することができる（差圧式
流量計の原理）。
【００８４】工業計測では、数百気圧にも達する高い圧
力が発生するため、差圧・導電率センサは、強固な箱体
４００の内部に溶接される。また、この箱体４００の内
部は、フランジ４０２により、高圧室４０１ａと低圧室
４０１ｂとに分割されている。
力が発生するため、差圧・導電率センサは、強固な箱体
４００の内部に溶接される。また、この箱体４００の内
部は、フランジ４０２により、高圧室４０１ａと低圧室
４０１ｂとに分割されている。
【００８５】オリフィス３０１の上流側の圧力は、パイ
プライン３００のポート３０２から圧力導入口４０３ａ
を介して高圧室４０１ａに導かれる。また、オリフィス
３０１の下流側の圧力は、パイプライン３００のポート
３０３から圧力導入口４０３ｂを介して低圧室４０１ｂ
に導かれる。
プライン３００のポート３０２から圧力導入口４０３ａ
を介して高圧室４０１ａに導かれる。また、オリフィス
３０１の下流側の圧力は、パイプライン３００のポート
３０３から圧力導入口４０３ｂを介して低圧室４０１ｂ
に導かれる。
【００８６】また、図示は省略してあるが、信号処理部
は、箱体４００の内部の紙面に直角な方向に取り付けら
れている。この図２１の例は、被測定流体の流量を計測
できるとともに、導電率も測定できるので、水質以外に
も、例えば、電解液が流れる場合、組成の変化を捉える
ことが可能である。
は、箱体４００の内部の紙面に直角な方向に取り付けら
れている。この図２１の例は、被測定流体の流量を計測
できるとともに、導電率も測定できるので、水質以外に
も、例えば、電解液が流れる場合、組成の変化を捉える
ことが可能である。
【００８７】図２２は、本発明の複合センサを用いた流
体管理システムの模式図である。図２２において、給水
ライン５０２に複数の貯水系が接続されたものであり、
貯水系は、水質監視機能付水位計５００と、貯水部５０
１と、給水バルブ５０３（Ｖ１、Ｖ２）と、排水バルブ
５０４（Ｗ１、Ｗ２）とから構成される。
体管理システムの模式図である。図２２において、給水
ライン５０２に複数の貯水系が接続されたものであり、
貯水系は、水質監視機能付水位計５００と、貯水部５０
１と、給水バルブ５０３（Ｖ１、Ｖ２）と、排水バルブ
５０４（Ｗ１、Ｗ２）とから構成される。
【００８８】制御室（制御部）５０５では、各貯水部５
０１に設置された複合センサである水位・温度・導電率
計の測定値が伝送され、この伝送された測定値から給水
バルブ５０３及び排水バルブ５０４の開度を以下の
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにして調節する。
０１に設置された複合センサである水位・温度・導電率
計の測定値が伝送され、この伝送された測定値から給水
バルブ５０３及び排水バルブ５０４の開度を以下の
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにして調節する。
【００８９】（Ａ）ｉ番目の貯水部５０１の被測定流体
の温度と導電率とが規定値内にある通常時には、ｉ番目
の貯水部５０１の水位が決められた範囲内にあるよう
に、調節する。具体的には、ｉ番目の貯水部５０１の水
位が最高水位に達したとき、給水バルブＶiを閉じ、排
水バルブＷiを開く。また、ｉ番目の貯水部５０１の水
位が最低水位に達したとき、給水バルブＶiを開き、排
水バルブＷiを閉じる。
の温度と導電率とが規定値内にある通常時には、ｉ番目
の貯水部５０１の水位が決められた範囲内にあるよう
に、調節する。具体的には、ｉ番目の貯水部５０１の水
位が最高水位に達したとき、給水バルブＶiを閉じ、排
水バルブＷiを開く。また、ｉ番目の貯水部５０１の水
位が最低水位に達したとき、給水バルブＶiを開き、排
水バルブＷiを閉じる。
【００９０】（Ｂ）ｉ番目の貯水部５０１の被測定流体
の導電率が規定範囲から外れた場合、制御室５０５側で
アラームを発生し、水質不良の場所、時間及びその程度
をオペレータ等に伝達する。さらに、貯水部５０１への
流入、外部への流出を防ぐため、給水バルブＶiと排水
バルブＷiを閉じる。
の導電率が規定範囲から外れた場合、制御室５０５側で
アラームを発生し、水質不良の場所、時間及びその程度
をオペレータ等に伝達する。さらに、貯水部５０１への
流入、外部への流出を防ぐため、給水バルブＶiと排水
バルブＷiを閉じる。
【００９１】（Ｃ）ｉ番目の貯水部５０１の被測定流体
の温度が規定範囲から外れた場合、これも制御室５０５
側でアラームを発生させ、温度異常の場所、時間及びそ
の異常温度をオペレータ等に伝達する。さらに、規定範
囲外の液温が、システムに影響を及ぼすような場合に
は、給水バルブＶiと排水バルブＷiとを閉じる。
の温度が規定範囲から外れた場合、これも制御室５０５
側でアラームを発生させ、温度異常の場所、時間及びそ
の異常温度をオペレータ等に伝達する。さらに、規定範
囲外の液温が、システムに影響を及ぼすような場合に
は、給水バルブＶiと排水バルブＷiとを閉じる。
【００９２】以上のように、本発明による複合センサを
流体管理システムに適用すれば、水位と温度と水質とが
一つのセンサで測定可能であるため、その取扱いや管理
が容易であるとともに、貯水部への設置及び配線等も容
易となる。
流体管理システムに適用すれば、水位と温度と水質とが
一つのセンサで測定可能であるため、その取扱いや管理
が容易であるとともに、貯水部への設置及び配線等も容
易となる。
【００９３】上述した例は、浄水場にも適用することが
できる。現在、浄水場等では、ある工程で塩素を水に投
入し、殺菌処理等を行っているが、その投入量が多い場
合には、塩素臭を発生する等の水質についての問題を抱
えている。したがって、浄水場において、本発明を適用
し、一つの複合センサで水位、温度、水質を測定可能と
すれば、その取扱いや管理が容易であるとともに、貯水
部への設置及び配線等も容易な、浄水管理システムを実
現することができる。
できる。現在、浄水場等では、ある工程で塩素を水に投
入し、殺菌処理等を行っているが、その投入量が多い場
合には、塩素臭を発生する等の水質についての問題を抱
えている。したがって、浄水場において、本発明を適用
し、一つの複合センサで水位、温度、水質を測定可能と
すれば、その取扱いや管理が容易であるとともに、貯水
部への設置及び配線等も容易な、浄水管理システムを実
現することができる。
【００９４】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次のような効果がある。圧力センサのダイ
アフラムに被測定体の発生圧力を導入する第１の圧力導
入口及び第１の導電膜を有する第１の基板と、第１の圧
力導入口を介してダイアフラムに圧力を導入する第２の
圧力導入口及び第２の導電膜を有する第２の基板と、第
１の導電膜と、第２の導電膜との間に導入された被測定
体の導電率及び誘電率を測定し、圧力センサからの出力
信号から被測定流体の圧力を測定する信号処理部とを備
えるように構成したので、貯水池や水田等の貯水系にお
いて、水位と水質又は流量と水質を、一つのセンサで検
出可能な複合センサを実現することができる。
ているため、次のような効果がある。圧力センサのダイ
アフラムに被測定体の発生圧力を導入する第１の圧力導
入口及び第１の導電膜を有する第１の基板と、第１の圧
力導入口を介してダイアフラムに圧力を導入する第２の
圧力導入口及び第２の導電膜を有する第２の基板と、第
１の導電膜と、第２の導電膜との間に導入された被測定
体の導電率及び誘電率を測定し、圧力センサからの出力
信号から被測定流体の圧力を測定する信号処理部とを備
えるように構成したので、貯水池や水田等の貯水系にお
いて、水位と水質又は流量と水質を、一つのセンサで検
出可能な複合センサを実現することができる。
【００９５】また、上記圧力センサに感温度素子を配置
するように構成すれば、水位と水質又は流量と水質のみ
ならず、温度も、一つのセンサで検出可能な複合センサ
を実現することができる。
するように構成すれば、水位と水質又は流量と水質のみ
ならず、温度も、一つのセンサで検出可能な複合センサ
を実現することができる。
【００９６】流体を貯え得る貯水部と、この貯水部に流
体を流入させる給水部と、貯水部から流体を流出させる
排水部と、貯水部の水位を制御する制御部とを備える流
体管理システムにおいて、貯水部に、本発明による複合
センサを配置し、制御部が、複合センサからの出力信号
に基づいて、貯水部の水位を制御するとともに、貯水部
の流体の水質を導電率として検出し、検出した導電率
が、所定範囲外となったときは、警報を発生するように
構成する。
体を流入させる給水部と、貯水部から流体を流出させる
排水部と、貯水部の水位を制御する制御部とを備える流
体管理システムにおいて、貯水部に、本発明による複合
センサを配置し、制御部が、複合センサからの出力信号
に基づいて、貯水部の水位を制御するとともに、貯水部
の流体の水質を導電率として検出し、検出した導電率
が、所定範囲外となったときは、警報を発生するように
構成する。
【００９７】このように、構成すれば、水位と温度と水
質とが一つのセンサで測定可能であるため、その取扱い
や管理が容易であるとともに、貯水部への設置及び配線
等も容易な流体管理システムを実現することができる。
質とが一つのセンサで測定可能であるため、その取扱い
や管理が容易であるとともに、貯水部への設置及び配線
等も容易な流体管理システムを実現することができる。
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成断面図であ
る。
る。
【図２】図１の例における圧力・温度センサの概略構成
図である。
図である。
【図３】図２のゲージ抵抗により構成されるブリッジ回
路の構成図である。
路の構成図である。
【図４】図１の例における下ガラス基板の上面及び下面
を示す図である。
を示す図である。
【図５】図１の例における上ガラス基板の上面及び下面
を示す図である。
を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態である複合センサの要
部概略構成断面図である。
部概略構成断面図である。
【図７】図６の要部拡大図である。
【図８】本発明の第３の実施形態である複合センサの要
部概略構成断面図である。
部概略構成断面図である。
【図９】図８の要部拡大図である。
【図１０】図８の例における下基板の上面及び下面を示
す図である。
す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態である複合センサの
要部概略構成断面図である。
要部概略構成断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態である複合センサの
要部概略構成断面図である。
要部概略構成断面図である。
【図１３】第１の実施形態である複合センサの製造方法
を説明する図である。
を説明する図である。
【図１４】第１の実施形態である複合センサの製造方法
を説明する図である。
を説明する図である。
【図１５】第１の実施形態である複合センサの製造方法
を説明する図である。
を説明する図である。
【図１６】第１の実施形態である複合センサの製造方法
を説明する図である。
を説明する図である。
【図１７】第１の実施形態である複合センサの製造方法
を説明する図である。
を説明する図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態である複合センサの
要部概略構成断面図である。
要部概略構成断面図である。
【図１９】本発明の複合センサを水位及び水質を測定す
る水質監視機能付水位計として用いる場合の例を示す図
である。
る水質監視機能付水位計として用いる場合の例を示す図
である。
【図２０】本発明の複合センサを水質監視機能付水位計
として用いる場合の他の例を示す図である。
として用いる場合の他の例を示す図である。
【図２１】本発明の複合センサを流量及び水質を監視す
る水質監視機能付流量計として用いる場合の例を示す図
である。
る水質監視機能付流量計として用いる場合の例を示す図
である。
【図２２】本発明の複合センサを用いた流体管理システ
ムの模式図である。
ムの模式図である。
【図２３】圧力とセンサの出力とを示すグラフである。
【図２４】極板間の電圧と電流とを示すグラフである。
１ 圧力・温度センサ １ａ〜１ｄ ピエゾゲージ抵抗 １ｅ 温度検出用ゲージ抵抗 １ｍ ダイアフラム ２ 下基板 ３ 上基板 ４ スペーサ ５ ハーメチック端子 ６、６Ａ、６Ｂ ピン ７ 圧力導入流路 ８ ジョイント ９ キャップ １０ 配線 １１、１１Ａ、１１Ｂ 配線 １２ フレキシブルプリント基板 １３ 信号増幅器 １４ 入出力回路・信号処理部 １５ 電池 １６ 入出力端子 １７ 箱体 ２１ 下基板圧力導入口 ２３、２４ 導電膜 ３１ 上基板圧力導入口 ３３ 導電膜 ７１ 流路 ７２ 栓 １０１ａ 可動電極 １０１ｂ 対向基板 １０１ｃ 対向基板のスルーホール １０１ｄ 対向基板電極 １０１ｅ 可動電極の電極端子 ２００ 防水性信号線 ２０１、２０２ アダプター ２０３ パイプ ２０４ 大気圧導入路 ２０５ 空気室 ２０６ 開放口 ２０７ 支柱 ２０８ リング ３００ アンテナ ３０１ オリフィス ３０２、３０３ ポート ４００ 箱体 ４０１ａ 高圧室 ４０１ｂ 低圧室 ４０２ フランジ ４０３ａ、４０３ｂ 圧力導入口 ５００ 水質監視機能付水位計 ５０１ 貯水部 ５０２ 給水ライン ５０３ 給水バルブ ５０４ 排水バルブ ５０５ 制御室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−4177（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−305229（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−503001（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 21/00 - 21/02 G01F 23/14 G01N 27/06
Claims (15)
- 【請求項１】被測定体が発生する圧力に応じて変位する
ダイアフラムを有する圧力センサと、 上記圧力センサに接合され、上記ダイアフラムに被測定
体が発生する圧力を導入する第１の圧力導入口を有する
とともに、その表面に第１の導電膜とを有する第１の基
板と、 上記被測定体が発生する圧力を、上記第１の圧力導入口
を介して上記ダイアフラムに導入する第２の圧力導入口
を有するとともに、上記第１の導電膜に対向する位置に
第２の導電膜を有し、第１の基板と所定の間隔だけ離間
して配置される第２の基板と、 上記第１の導電膜と、第２の導電膜との間に導入された
被測定体の導電率及び誘電率を測定するとともに、上記
圧力センサからの出力信号から被測定流体の圧力を測定
する信号処理部とを備えることを特徴とする複合セン
サ。 - 【請求項２】請求項１記載の複合センサにおいて、上記
圧力センサが有するダイアフラムは、単結晶シリコンか
らなり、この単結晶シリコンからなるダイアフラムに感
温度素子が配置され、上記信号処理部は、感温度素子か
らの出力信号から、上記圧力センサが配置された位置に
おける温度も測定することを特徴とする複合センサ。 - 【請求項３】請求項１記載の複合センサにおいて、上記
圧力センサのダイアフラムの一方の面には感歪抵抗素子
が配置され、上記ダイアフラムの他方の面側に上記第１
の基板が接合されることを特徴とする複合センサ。 - 【請求項４】請求項１記載の複合センサにおいて、上記
圧力センサのダイアフラムの一方の面には感歪抵抗素子
が配置され、この感歪抵抗素子が配置されたダイアフラ
ムの一方の面側に上記第１の基板が接合されることを特
徴とする複合センサ。 - 【請求項５】請求項１記載の複合センサにおいて、上記
第１の基板の上記ダイアフラムに対向する面には、第１
の電極板が配置され、上記ダイアフラムを間にして、上
記第１の電極板と対向する第２の電極が配置されるとと
もに、上記圧力センサのダイアフラムは導電性の電極で
あって、上記信号処理部は、上記第１の電極板とダイア
フラムとの間の静電容量と、上記第２の電極板とダイア
フラムとの間の静電容量との差に応じて、被測定体が発
生する圧力を測定することを特徴とする複合センサ。 - 【請求項６】請求項１記載の複合センサにおいて、上記
第１の基板と第２の基板との少なくとも一つの基板に
は、一方の面に形成された導電膜と他方の面に形成され
る導電膜とを電気的に接続するための貫通孔が、形成さ
れていることを特徴とする複合センサ。 - 【請求項７】請求項１記載の複合センサにおいて、上記
第１の導電膜と第２の導電膜とは、上記信号処理部に接
続された端子と電気的配線を介して接続され、この電気
的配線と第１の導電膜、第２の導電膜及び上記端子との
接続部分を被測定体から保護するための上蓋部材が、少
なくとも上記第２の基板に接合されることを特徴とする
複合センサ。 - 【請求項８】請求項１記載の複合センサにおいて、上記
第１の圧力導入口及び第２の圧力導入口を介して導入さ
れる圧力は、上記ダイアフラムの一方の面に導入され、
上記ダイアフラムの他方の面は、この他方の面を被測定
体から隔離するための隔離室に配置されることを特徴と
する複合センサ。 - 【請求項９】請求項８記載の複合センサにおいて、上記
隔離室には、被測定体の圧力を導入するための、少なく
とも一つの圧力導入路が形成されることを特徴とする複
合センサ。 - 【請求項１０】請求項８記載の複合センサにおいて、上
記被測定体は、液体であり、上記第１及び第２の圧力導
入口を介して上記液体により発生される圧力が、上記ダ
イアフ ラムの一方の面に導入され、上記隔離室には、上
記ダイアフラムの他方の面に大気の圧力を導入するため
の、圧力導入路が形成されることを特徴とする複合セン
サ。 - 【請求項１１】請求項８記載の複合センサにおいて、上
記被測定体は、配管内に流れる流体であり、この配管内
に形成されたオリフィスの上流側の上記流体により発生
される圧力が、上記第１及び第２の圧力導入口を介し
て、上記ダイアフラムの一方の面に導入され、上記隔離
室には、上記オリフィスの下流側の上記流体により発生
される圧力が、上記ダイアフラムの他方の面に導入する
ための、圧力導入路が形成されることを特徴とする複合
センサ。 - 【請求項１２】請求項１０記載の複合センサにおいて、
上記信号処理部の少なくとも一部は上記液体の外に配置
され、上記圧力センサと信号処理部とを接続する信号配
線は防水性の信号配線であり、上記信号処理部と圧力セ
ンサとが分割されていることを特徴とする複合センサ。 - 【請求項１３】請求項１０記載の複合センサにおいて、
上記信号処理部の少なくとも一部は上記液体の外に配置
され、上記圧力導入路は、上記信号処理部と上記隔離室
との間に接続され、上記圧力センサと信号処理部とを接
続する信号配線が、上記圧力導入路に配置され、上記信
号処理部と圧力センサとが分割されていることを特徴と
する複合センサ。 - 【請求項１４】流体を貯え得る貯水部と、この貯水部に
流体を流入させる調節弁を有する給水部と、上記貯水部
から流体を流出させる調節弁を有する排水部と、上記貯
水部の水位を上記給水部の調節弁及び排水部の調節弁を
調節して制御する制御部とを備える流体管理システムに
おいて、 上記貯水部には、請求項１０記載の複合センサが配置さ
れ、上記制御部は、上記複合センサからの出力信号に基
づいて、上記貯水部の水位を上記調節弁を調節して制御
するとともに、上記貯水部に貯えられた流体の水質を導
電率として検出 し、検出した導電率が、所定範囲外とな
ったときは、警報を発生することを特徴とする流体管理
システム。 - 【請求項１５】絶縁性の第１の基板に、貫通孔である第
１の圧力導入口を形成するとともに、この第１の基板の
少なくとも一方の表面に第１の導電膜を形成する工程
と、 絶縁性の第２の基板に、貫通孔である第２の圧力導入口
を形成するとともに、この第２の基板の少なくとも一方
の表面に第２の導電膜を形成する工程と、 上記第１の基板の他方の面に、圧力センサのダイアフラ
ムが、上記第１の圧力導入口と対向するように、上記圧
力センサを接合する工程と、 上記第１の基板の一方の面に形成された第１の導電膜と
上記第２の基板の一方の面に形成された第２の導電膜と
を対向させるとともに、上記第１の圧力導入口と第２の
圧力導入口とを対向させて、絶縁性のスペーサを上記第
１の基板と第２の基板とに接合する工程と、 接続端子と凹部とを有する密封部材を、この凹部により
上記圧力センサが包囲されるように、上記第１の基板に
接合する工程と、 上記密封部材の接続端子と、上記第１の導電膜、第２の
導電膜及び圧力センサとを配線接続する工程とを備える
ことを特徴とする複合センサの製造方法 。
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