JP3147778B2 - 静電容量式差圧検出器 - Google Patents
静電容量式差圧検出器Info
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- JP3147778B2 JP3147778B2 JP17094196A JP17094196A JP3147778B2 JP 3147778 B2 JP3147778 B2 JP 3147778B2 JP 17094196 A JP17094196 A JP 17094196A JP 17094196 A JP17094196 A JP 17094196A JP 3147778 B2 JP3147778 B2 JP 3147778B2
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- 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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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、差圧に応じて変
位するダイヤフラムの両側にそれぞれ固定電極を近接相
対させて配設し、ダイヤフラムと各固定電極の間の静電
容量に基づいて差圧を測定する検出器であって、とくに
静圧スパン特性を改善する静電容量式差圧検出器に関す
る。
位するダイヤフラムの両側にそれぞれ固定電極を近接相
対させて配設し、ダイヤフラムと各固定電極の間の静電
容量に基づいて差圧を測定する検出器であって、とくに
静圧スパン特性を改善する静電容量式差圧検出器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来例について、図５と図６を参照しな
がら説明する。図５はその断面図、図６は従来例を組み
込んだ差圧検出装置の断面図である。図５において、従
来例としての検出器50は、ダイヤフラム10の左右両側に
それぞれ同形・同寸法の固定電極15が配設されて構成さ
れる。固定電極15は、ダイヤフラム10に面する側の円形
の導電板12と、中央の正方形の絶縁板13と、これと同じ
正方形の導電板14とが順に積層・接合された３層構造体
であって、さらに導圧用の中心穴25が貫通してあけら
れ、これに係る内周面に導体膜27が被着される。この導
体膜27によって、各導電板12,14 が導通する。この固定
電極15の２個が、各導電板12をダイヤフラム10に空隙29
を介し相対させる形で、ダイヤフラム10の両側の各周縁
部に、導電板12の外周からリング状溝23を隔てて導電性
・絶縁性いずれでもよいリング状支持体21を介してガラ
ス接合部11で絶縁・接合される。いま、ダイヤフラム10
と、各導電板12,14 と、支持体21はそれぞれシリコンで
あり、絶縁板13はセラミックスである。左右の各固定電
極15の導圧用中心穴25を通して、それぞれ圧力Ｐ1,Ｐ2
が導入され、その差圧（＝Ｐ1 〜Ｐ2 ）に応じてダイヤ
フラム10が変位（中心部が湾曲変形）する。ダイヤフラ
ム10と左右の各固定電極15によって形成されたコンデン
サの総合静電容量Ｃ1,Ｃ2 は、各リードピンＣ，Ａと、
各リードピンＣ，Ｂを介してそれぞれ取り出される。な
お、31,32,33は、いずれも蒸着されたアルミニウム膜
（静電容量取出し用端子）である。
がら説明する。図５はその断面図、図６は従来例を組み
込んだ差圧検出装置の断面図である。図５において、従
来例としての検出器50は、ダイヤフラム10の左右両側に
それぞれ同形・同寸法の固定電極15が配設されて構成さ
れる。固定電極15は、ダイヤフラム10に面する側の円形
の導電板12と、中央の正方形の絶縁板13と、これと同じ
正方形の導電板14とが順に積層・接合された３層構造体
であって、さらに導圧用の中心穴25が貫通してあけら
れ、これに係る内周面に導体膜27が被着される。この導
体膜27によって、各導電板12,14 が導通する。この固定
電極15の２個が、各導電板12をダイヤフラム10に空隙29
を介し相対させる形で、ダイヤフラム10の両側の各周縁
部に、導電板12の外周からリング状溝23を隔てて導電性
・絶縁性いずれでもよいリング状支持体21を介してガラ
ス接合部11で絶縁・接合される。いま、ダイヤフラム10
と、各導電板12,14 と、支持体21はそれぞれシリコンで
あり、絶縁板13はセラミックスである。左右の各固定電
極15の導圧用中心穴25を通して、それぞれ圧力Ｐ1,Ｐ2
が導入され、その差圧（＝Ｐ1 〜Ｐ2 ）に応じてダイヤ
フラム10が変位（中心部が湾曲変形）する。ダイヤフラ
ム10と左右の各固定電極15によって形成されたコンデン
サの総合静電容量Ｃ1,Ｃ2 は、各リードピンＣ，Ａと、
各リードピンＣ，Ｂを介してそれぞれ取り出される。な
お、31,32,33は、いずれも蒸着されたアルミニウム膜
（静電容量取出し用端子）である。
【０００３】差圧（＝Ｐ1 〜Ｐ2 ）を受けて各総合静電
容量Ｃ1,Ｃ2 が差動的に変化する場合には、周知の電子
回路によって、差圧に比例する出力Ｆを得ることができ
る。ここで、Ｆ＝（Ｃ1 −Ｃ2 ）／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）、で
ある。図６において、前記の検出器50が、主としてシー
ルダイヤフラム59付き有底円筒体51と、取付板55と、シ
ールダイヤフラム58付きキャップ56からなる容器に組み
込まれて差圧検出装置が構成される。円筒体51は、右端
面にシールダイヤフラム59を設け、その内側空間である
受圧室62と、円筒内空間である内室52を中心穴60で連通
させる。円筒体51の内室52に検出器50が格納され、その
検出器50の各リードピンＡ，Ｂ，Ｃが、円筒体51の周壁
をハーメチックシール端子63を介して絶縁・貫通し外部
に導出される。さて、検出器50の左側面（導電板14の左
側面、図５参照）に絶縁体（正方形の板状部材）53を介
して金属パイプ54を設ける。金属パイプ54を、その左端
面外周で取付板55に溶接で結合し、この取付板55を円筒
体51の左側面の座グリ穴に挿入し、その開口部を閉鎖す
るように溶接で結合する。キャップ56は、左端面にシー
ルダイヤフラム58を設け、その内側空間である受圧室61
と連通する中心穴57を有する。ここで、各シールダイヤ
フラム58,59 の中間にある、各受圧室61,62 や内室52な
どの全内部空間に、非圧縮性流体であるシリコーンオイ
ルを充填する。この充填されたシリコーンオイルを介し
て、シールダイヤフラム58に作用する圧力Ｐ1 が検出器
50のダイヤフラム10の左側面に伝達され、シールダイヤ
フラム59に作用する圧力Ｐ2 がダイヤフラム10の右側面
に伝達される（図５参照）。
容量Ｃ1,Ｃ2 が差動的に変化する場合には、周知の電子
回路によって、差圧に比例する出力Ｆを得ることができ
る。ここで、Ｆ＝（Ｃ1 −Ｃ2 ）／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）、で
ある。図６において、前記の検出器50が、主としてシー
ルダイヤフラム59付き有底円筒体51と、取付板55と、シ
ールダイヤフラム58付きキャップ56からなる容器に組み
込まれて差圧検出装置が構成される。円筒体51は、右端
面にシールダイヤフラム59を設け、その内側空間である
受圧室62と、円筒内空間である内室52を中心穴60で連通
させる。円筒体51の内室52に検出器50が格納され、その
検出器50の各リードピンＡ，Ｂ，Ｃが、円筒体51の周壁
をハーメチックシール端子63を介して絶縁・貫通し外部
に導出される。さて、検出器50の左側面（導電板14の左
側面、図５参照）に絶縁体（正方形の板状部材）53を介
して金属パイプ54を設ける。金属パイプ54を、その左端
面外周で取付板55に溶接で結合し、この取付板55を円筒
体51の左側面の座グリ穴に挿入し、その開口部を閉鎖す
るように溶接で結合する。キャップ56は、左端面にシー
ルダイヤフラム58を設け、その内側空間である受圧室61
と連通する中心穴57を有する。ここで、各シールダイヤ
フラム58,59 の中間にある、各受圧室61,62 や内室52な
どの全内部空間に、非圧縮性流体であるシリコーンオイ
ルを充填する。この充填されたシリコーンオイルを介し
て、シールダイヤフラム58に作用する圧力Ｐ1 が検出器
50のダイヤフラム10の左側面に伝達され、シールダイヤ
フラム59に作用する圧力Ｐ2 がダイヤフラム10の右側面
に伝達される（図５参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上に述べた従来例で
は、次にように静圧スパン特性が悪くなる欠点がある。
一般に、差圧が０〜100 ％の範囲で変動したときの検出
器の出力特性は、静圧をパラメータとして原点を通るほ
ぼ直線で表される。ある静圧での出力特性は、静圧零の
ときの基準出力特性より傾斜角が上方か下方にわずかに
振れる（偏る）形をとり、その振れ（偏り）の度合いを
静圧スパン特性という。いわば静圧によるスパン誤差と
言える、この静圧スパン特性をεとすると、これは検出
器の内部や検出器を組み込む容器との間に形成される浮
遊静電容量と、シリコーンオイルの比誘電率が静圧によ
って変化することによるもので、近似的に次の式(1) で
表される。
は、次にように静圧スパン特性が悪くなる欠点がある。
一般に、差圧が０〜100 ％の範囲で変動したときの検出
器の出力特性は、静圧をパラメータとして原点を通るほ
ぼ直線で表される。ある静圧での出力特性は、静圧零の
ときの基準出力特性より傾斜角が上方か下方にわずかに
振れる（偏る）形をとり、その振れ（偏り）の度合いを
静圧スパン特性という。いわば静圧によるスパン誤差と
言える、この静圧スパン特性をεとすると、これは検出
器の内部や検出器を組み込む容器との間に形成される浮
遊静電容量と、シリコーンオイルの比誘電率が静圧によ
って変化することによるもので、近似的に次の式(1) で
表される。
【０００５】ここで、図５の各箇所Ａ，Ｂを等価的に模
式図化したように、Ｃo ：ダイヤフラム10・左右の各導
電板12間の静圧零のときの静電容量、Ｃs1：導電板12・
支持体21間の静電容量、図６の箇所Ｃを等価的に模式図
化したように、Ｃs2：右側固定電極の導電板14・円筒体
51の底面間、または左側固定電極の導電板14・取付板55
の右側面間の共通な静電容量、また、β：シリコーンオ
イルの比誘電率の、静圧零を基準とした静圧Ｐにおける
変化値、である。ここで、圧力Ｐの単位：100bar 、静
電容量の単位： pF 、とする。
式図化したように、Ｃo ：ダイヤフラム10・左右の各導
電板12間の静圧零のときの静電容量、Ｃs1：導電板12・
支持体21間の静電容量、図６の箇所Ｃを等価的に模式図
化したように、Ｃs2：右側固定電極の導電板14・円筒体
51の底面間、または左側固定電極の導電板14・取付板55
の右側面間の共通な静電容量、また、β：シリコーンオ
イルの比誘電率の、静圧零を基準とした静圧Ｐにおける
変化値、である。ここで、圧力Ｐの単位：100bar 、静
電容量の単位： pF 、とする。
【０００６】
【数１】 ε＝−〔（Ｃs1＋Ｃs2）β／Ｃo （１＋βＰ／100 ）〕Ｐ …(1) いま、Ｐ＝100 bar 、β＝0.013 、Ｃo ＝50 pF 、Ｃs1
＝2 pF、Ｃs2＝1.7 pF、とすると、 ε＝−〔（2 ＋1.7 ）1.3 ×10-2／50（１＋1.3 ・１・10-4）〕・１ ＝−0.096 （％） 式(1) に示すように、静圧スパン特性εを良く（小さ
く）するためには、次の〜の方策が考えられる。
＝2 pF、Ｃs2＝1.7 pF、とすると、 ε＝−〔（2 ＋1.7 ）1.3 ×10-2／50（１＋1.3 ・１・10-4）〕・１ ＝−0.096 （％） 式(1) に示すように、静圧スパン特性εを良く（小さ
く）するためには、次の〜の方策が考えられる。
【０００７】Ｃs1＋Ｃs2 を小さくする。 βの小さい充填液を選択する。 Ｃo を大きくする。 しかし、でＣs1を小さくするためには、導電板12の直
径を小さくしなければならず、これは同時にＣo を小さ
くすることになり、の方策と矛盾するのみならず、Ｓ
／Ｎ比の観点からも好ましくない。また、のシリコー
ンオイル以外の充填液を選択する方策は、入手の容易性
やコスト面からみて現実的とは言えない。は導電板12
の面積を大きくするか、ダイヤフラム10と導電板12の空
隙（ギャップ）を小さくすることになるが、検出器の寸
法の制約があって、実際上不可能である。したがって残
る方策は、でＣs2を小さくすることである。
径を小さくしなければならず、これは同時にＣo を小さ
くすることになり、の方策と矛盾するのみならず、Ｓ
／Ｎ比の観点からも好ましくない。また、のシリコー
ンオイル以外の充填液を選択する方策は、入手の容易性
やコスト面からみて現実的とは言えない。は導電板12
の面積を大きくするか、ダイヤフラム10と導電板12の空
隙（ギャップ）を小さくすることになるが、検出器の寸
法の制約があって、実際上不可能である。したがって残
る方策は、でＣs2を小さくすることである。
【０００８】この発明が解決しようとする課題は、従来
の技術がもつ以上の問題点を解消して、静圧スパン特性
を改善する静電容量式差圧検出器を提供することにあ
る。
の技術がもつ以上の問題点を解消して、静圧スパン特性
を改善する静電容量式差圧検出器を提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
差圧に応じて変位するダイヤフラムの両側にそれぞれ同
形・同寸法の固定電極を近接相対させて配設し、ダイヤ
フラムと各固定電極の間の静電容量に基づき差圧を測定
する検出器において、固定電極は、導圧用中心穴をもつ
絶縁板と；この絶縁板のダイヤフラム側表面の中心部に
設けられ、導圧用中心穴をもつ導電板と；絶縁板のダイ
ヤフラム側表面の周縁部に導電板を隔てて囲む形で設け
られるリング状支持体と；絶縁板の、中心穴に係る内周
面全域、導電板と逆側の表面で中心穴を囲むリング状領
域、および、このリング状領域から遠心方向に伸びて外
周に達する帯状領域を覆う形で一体的に被着され、絶縁
板の内周面の終端箇所で導電板と導通し、帯状領域の終
端箇所で静電容量取出し用端子と導通する導電性膜と；
を備えるとともに、リング状支持体を介し、導電板をダ
イヤフラム中心部に近接相対させて、ダイヤフラム周縁
部表面と絶縁接合される、という構成である。
差圧に応じて変位するダイヤフラムの両側にそれぞれ同
形・同寸法の固定電極を近接相対させて配設し、ダイヤ
フラムと各固定電極の間の静電容量に基づき差圧を測定
する検出器において、固定電極は、導圧用中心穴をもつ
絶縁板と；この絶縁板のダイヤフラム側表面の中心部に
設けられ、導圧用中心穴をもつ導電板と；絶縁板のダイ
ヤフラム側表面の周縁部に導電板を隔てて囲む形で設け
られるリング状支持体と；絶縁板の、中心穴に係る内周
面全域、導電板と逆側の表面で中心穴を囲むリング状領
域、および、このリング状領域から遠心方向に伸びて外
周に達する帯状領域を覆う形で一体的に被着され、絶縁
板の内周面の終端箇所で導電板と導通し、帯状領域の終
端箇所で静電容量取出し用端子と導通する導電性膜と；
を備えるとともに、リング状支持体を介し、導電板をダ
イヤフラム中心部に近接相対させて、ダイヤフラム周縁
部表面と絶縁接合される、という構成である。
【００１０】請求項２に係る発明は、差圧に応じて変位
するダイヤフラムの両側にそれぞれ同形・同寸法の固定
電極を近接相対させて配設し、ダイヤフラムと各固定電
極の間の静電容量に基づき差圧を測定する検出器におい
て、ダイヤフラムは、各表面の周縁部を残して中心部に
偏平凹部が形成され、固定電極は、導圧用中心穴をもつ
絶縁板と；この絶縁板の、ダイヤフラム側表面の中心部
領域、中心穴に係る内周面全域、ダイヤフラムと逆側の
表面で中心穴を囲むリング状領域、および、このリング
状領域から遠心方向に伸びて外周に達する帯状領域を覆
う形で一体的に被着され、帯状領域の終端箇所で静電容
量取出し用端子と導通する導電性膜と；を備えるととも
に、ダイヤフラム側表面の中心部領域の導電性膜部分を
ダイヤフラムの偏平凹部底面に近接相対させて、ダイヤ
フラム周縁部表面と接合される、という構成である。
するダイヤフラムの両側にそれぞれ同形・同寸法の固定
電極を近接相対させて配設し、ダイヤフラムと各固定電
極の間の静電容量に基づき差圧を測定する検出器におい
て、ダイヤフラムは、各表面の周縁部を残して中心部に
偏平凹部が形成され、固定電極は、導圧用中心穴をもつ
絶縁板と；この絶縁板の、ダイヤフラム側表面の中心部
領域、中心穴に係る内周面全域、ダイヤフラムと逆側の
表面で中心穴を囲むリング状領域、および、このリング
状領域から遠心方向に伸びて外周に達する帯状領域を覆
う形で一体的に被着され、帯状領域の終端箇所で静電容
量取出し用端子と導通する導電性膜と；を備えるととも
に、ダイヤフラム側表面の中心部領域の導電性膜部分を
ダイヤフラムの偏平凹部底面に近接相対させて、ダイヤ
フラム周縁部表面と接合される、という構成である。
【００１１】また各発明において、(1) 絶縁板が、その
ダイヤフラムと逆側の表面の外周稜線部で、帯状領域の
導電性膜部分に対応する箇所が面取りされてなる、(2)
ダイヤフラムや導電板が、それぞれ単結晶シリコンから
なり、絶縁板が、単結晶シリコンと熱膨張係数が近似な
材料、たとえばコージライトか、ほう珪酸ガラスからな
る、(3) 導電性膜が、スパッタリングによるものであ
り、絶縁板の導圧用中心穴が、導電板側の表面でその中
心穴と連接し、導電板と逆側の表面に向かって広がる円
錐台状穴である（請求項１の発明に対応）、または絶縁
板の導圧用中心穴が、両側の各表面から内部に向かい先
細りして連通する同軸の二つの円錐台状穴からなる（請
求項２の発明に対応）、のが好ましい。
ダイヤフラムと逆側の表面の外周稜線部で、帯状領域の
導電性膜部分に対応する箇所が面取りされてなる、(2)
ダイヤフラムや導電板が、それぞれ単結晶シリコンから
なり、絶縁板が、単結晶シリコンと熱膨張係数が近似な
材料、たとえばコージライトか、ほう珪酸ガラスからな
る、(3) 導電性膜が、スパッタリングによるものであ
り、絶縁板の導圧用中心穴が、導電板側の表面でその中
心穴と連接し、導電板と逆側の表面に向かって広がる円
錐台状穴である（請求項１の発明に対応）、または絶縁
板の導圧用中心穴が、両側の各表面から内部に向かい先
細りして連通する同軸の二つの円錐台状穴からなる（請
求項２の発明に対応）、のが好ましい。
【００１２】したがって、この発明では、請求項１に係
る場合には、固定電極のダイヤフラムの逆側の表面に被
着された導電性膜（リング状領域と、これから遠心方向
に伸びて外周に達する帯状領域を覆う膜部分）の面積を
小さくできるから、「発明が解決しようとする課題」の
項で述べた、のＣs1＋Ｃs2 を小さくすることにな
り、静圧スパン特性を改善することができ、請求項２に
係る場合には、Ｃs1が存在しなくなり、Ｃs2 が前記の
ように小さくなって、のＣs1＋Ｃs2 をさらに小さく
することになって、さらに静圧スパン特性を改善するこ
とができる。
る場合には、固定電極のダイヤフラムの逆側の表面に被
着された導電性膜（リング状領域と、これから遠心方向
に伸びて外周に達する帯状領域を覆う膜部分）の面積を
小さくできるから、「発明が解決しようとする課題」の
項で述べた、のＣs1＋Ｃs2 を小さくすることにな
り、静圧スパン特性を改善することができ、請求項２に
係る場合には、Ｃs1が存在しなくなり、Ｃs2 が前記の
ように小さくなって、のＣs1＋Ｃs2 をさらに小さく
することになって、さらに静圧スパン特性を改善するこ
とができる。
【００１３】また各発明で、(1) の構成をとるときに
は、各リードピンＡ，Ｂ，Ｃが接触するアルミニウム膜
が帯状導電性膜部分の面取りされた斜面状の終端部に被
さる形で被着されるから、これらの導通を確実にするこ
とができる。(2) の構成をとるときには、周囲温度の変
化によって固定電極が熱変形することが抑制されて差圧
出力の直線性が維持され、温度特性が良くなる。(3) の
構成をとるときには、スパッタリングによる導電性膜生
成が容易になるとともに、厚さの均一性が確保される。
は、各リードピンＡ，Ｂ，Ｃが接触するアルミニウム膜
が帯状導電性膜部分の面取りされた斜面状の終端部に被
さる形で被着されるから、これらの導通を確実にするこ
とができる。(2) の構成をとるときには、周囲温度の変
化によって固定電極が熱変形することが抑制されて差圧
出力の直線性が維持され、温度特性が良くなる。(3) の
構成をとるときには、スパッタリングによる導電性膜生
成が容易になるとともに、厚さの均一性が確保される。
【００１４】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態として、第
１と第２の各実施例を以下に図を参照しながら説明す
る。第１実施例は図１と図２で、第２実施例は図３と図
４で、それぞれ示される。図１は第１実施例の断面図、
図２は同じくその側面図である。図１でおいて、第１実
施例は、差圧に応じて変位するダイヤフラム10の両側
に、それぞれ同形・同寸法の固定電極を空隙29を介し相
対させて配設する。固定電極は、導圧用中心穴１ａをも
つ絶縁板１と、導電板12と、リング状支持体21と、金の
導電性膜２からなる。絶縁板１の中心穴１ａは、外側表
面から内部に向かい先細りして導電板12の中心穴と連通
する円錐台状穴である。リング状支持体21は、絶縁板１
のダイヤフラム10の側の表面の周縁部に導電板12を隔て
て囲む形で設けられる。導電性膜２は、中心穴１ａに係
る内周面全域を覆う部分（内周面全域部分）２ａ、導電
板12と逆側の表面で中心穴１ａを囲む形の、中心に円形
中空部をもつ正方形のリング状領域を覆う部分（リング
状領域部分）２ｂ、および、このリング状領域から遠心
方向に伸びて外周に達する帯状領域を覆う部分（帯状領
域部分）２ｃが一体的に構成されたものである（図２参
照）。なお、リング状領域部分２ｂの正方形は、容器に
組み込むときの絶縁体53（図６参照）に対応する。さら
に、金の導電性膜２は、スパッタリングによるものであ
り、内周面全域部分２ａの終端箇所で導電板12と導通
し、帯状領域部分２ｃの終端箇所で静電容量取出し用端
子であるアルミニウム膜31,32 と導通する。
１と第２の各実施例を以下に図を参照しながら説明す
る。第１実施例は図１と図２で、第２実施例は図３と図
４で、それぞれ示される。図１は第１実施例の断面図、
図２は同じくその側面図である。図１でおいて、第１実
施例は、差圧に応じて変位するダイヤフラム10の両側
に、それぞれ同形・同寸法の固定電極を空隙29を介し相
対させて配設する。固定電極は、導圧用中心穴１ａをも
つ絶縁板１と、導電板12と、リング状支持体21と、金の
導電性膜２からなる。絶縁板１の中心穴１ａは、外側表
面から内部に向かい先細りして導電板12の中心穴と連通
する円錐台状穴である。リング状支持体21は、絶縁板１
のダイヤフラム10の側の表面の周縁部に導電板12を隔て
て囲む形で設けられる。導電性膜２は、中心穴１ａに係
る内周面全域を覆う部分（内周面全域部分）２ａ、導電
板12と逆側の表面で中心穴１ａを囲む形の、中心に円形
中空部をもつ正方形のリング状領域を覆う部分（リング
状領域部分）２ｂ、および、このリング状領域から遠心
方向に伸びて外周に達する帯状領域を覆う部分（帯状領
域部分）２ｃが一体的に構成されたものである（図２参
照）。なお、リング状領域部分２ｂの正方形は、容器に
組み込むときの絶縁体53（図６参照）に対応する。さら
に、金の導電性膜２は、スパッタリングによるものであ
り、内周面全域部分２ａの終端箇所で導電板12と導通
し、帯状領域部分２ｃの終端箇所で静電容量取出し用端
子であるアルミニウム膜31,32 と導通する。
【００１５】ここで、図１と図２に示すように、絶縁板
１には、そのダイヤフラム10と逆側の表面の外周稜線部
で、帯状領域部分２ｃに対応する箇所に斜面状面取り１
ｂが形成される。また、ダイヤフラム10や導電板12が、
それぞれ単結晶シリコンからなり、絶縁板１が、単結晶
シリコンと熱膨張係数が近似な材料、コージライトから
なる。コージライトは、正確に言えばコージライトとム
ライトが一定比率で混合されてなるセラミックスであ
る。ここで、（線）熱膨張係数は、単結晶シリコン：3.
1 ×10-6／℃、コージライト：1.1 ×10-6／℃、であ
る。
１には、そのダイヤフラム10と逆側の表面の外周稜線部
で、帯状領域部分２ｃに対応する箇所に斜面状面取り１
ｂが形成される。また、ダイヤフラム10や導電板12が、
それぞれ単結晶シリコンからなり、絶縁板１が、単結晶
シリコンと熱膨張係数が近似な材料、コージライトから
なる。コージライトは、正確に言えばコージライトとム
ライトが一定比率で混合されてなるセラミックスであ
る。ここで、（線）熱膨張係数は、単結晶シリコン：3.
1 ×10-6／℃、コージライト：1.1 ×10-6／℃、であ
る。
【００１６】したがって、固定電極のダイヤフラム10の
逆側の表面に被着された導電性膜２の、リング状領域部
分２ｂと、帯状領域部分２ｃの合計面積を、図５の従来
例の導電板14の面積に比べて小さくできるから、図６の
Ｃs2に相当する値が小さくなり、前述したのＣs1＋Ｃ
s2 を小さくすることになって、静圧スパン特性を改善
することができる。
逆側の表面に被着された導電性膜２の、リング状領域部
分２ｂと、帯状領域部分２ｃの合計面積を、図５の従来
例の導電板14の面積に比べて小さくできるから、図６の
Ｃs2に相当する値が小さくなり、前述したのＣs1＋Ｃ
s2 を小さくすることになって、静圧スパン特性を改善
することができる。
【００１７】いま、リング状領域部分２ｂと帯状領域部
分２ｃの合計面積が、図５の従来の導電板14の面積の半
分になり、その他の条件が同じであるとすると、式(1)
に基づいて、Ｃs2＝1.7/2 ＝0.85(pF) であるから、 ε＝−〔（2 ＋0.85）1.3 ×10-2／50（１＋1.3 ・１・10-4）〕・１ ＝−0.074 （％） 第１実施例によれば、従来の静圧スパン特性を約23％改
善可能になる。
分２ｃの合計面積が、図５の従来の導電板14の面積の半
分になり、その他の条件が同じであるとすると、式(1)
に基づいて、Ｃs2＝1.7/2 ＝0.85(pF) であるから、 ε＝−〔（2 ＋0.85）1.3 ×10-2／50（１＋1.3 ・１・10-4）〕・１ ＝−0.074 （％） 第１実施例によれば、従来の静圧スパン特性を約23％改
善可能になる。
【００１８】また、絶縁板１の中心穴１ａが円錐台状で
あるから、スパッタリングによって導電性膜２を生成す
るのが容易になり、厚さの均一性が確保される。さら
に、絶縁板１に面取り１ｂを設けることで、帯状領域部
分２ｃの上端部に被さる形で、各アルミニウム膜31,32
が蒸着されて、それらの間の導通を確実にすることがで
きる。さらにまた、絶縁板１を、単結晶シリコンのダイ
ヤフラム10や導電板12と熱膨張係数が近似な材料、コー
ジライトにすることによって、周囲温度の変化により固
定電極が熱変形することが抑えられて、熱応力発生が抑
制され、かつ温度特性が良くなる。
あるから、スパッタリングによって導電性膜２を生成す
るのが容易になり、厚さの均一性が確保される。さら
に、絶縁板１に面取り１ｂを設けることで、帯状領域部
分２ｃの上端部に被さる形で、各アルミニウム膜31,32
が蒸着されて、それらの間の導通を確実にすることがで
きる。さらにまた、絶縁板１を、単結晶シリコンのダイ
ヤフラム10や導電板12と熱膨張係数が近似な材料、コー
ジライトにすることによって、周囲温度の変化により固
定電極が熱変形することが抑えられて、熱応力発生が抑
制され、かつ温度特性が良くなる。
【００１９】図３は第２実施例の断面図、図４は第２実
施例の固定電極に関し、(a) はダイヤフラムと逆方向か
ら見た側面図、(b) はダイヤフラム方向から見た側面図
である。図３において、差圧に応じて変位するダイヤフ
ラム５の両側に、それぞれ同形・同寸法の固定電極を空
隙29を介し相対させて配設する。ダイヤフラム５は、各
表面の周縁部を残して中心部に円形の偏平凹部が形成さ
れる。固定電極は、導圧用中心穴３ａをもつ絶縁板３
と、金の導電性膜４とからなる。導電性膜４は、絶縁板
３の、ダイヤフラム５の側の表面の円形中心部領域部分
４ｄ（第１実施例の導電板12に相当）、中心穴３ａに係
る内周面全域部分４ａ、ダイヤフラム５と逆側の表面で
中心穴３ａを囲むリング状領域部分４ｂ、および、リン
グ状領域部分４ｂから遠心方向に伸びて外周に達する帯
状領域部分４ｃが一体的に構成されたものである（図４
参照）。第１実施例と同じように、リング状領域部分４
ｂの正方形は、容器に組み込むときの絶縁体53（図６参
照）に対応し、導電性膜４はスパッタリングによるもの
であり、帯状領域部分４ｃの終端箇所で静電容量取出し
用端子であるアルミニウム膜31,32 と導通する。また、
図３と図４(a) に示すように、絶縁板３には、そのダイ
ヤフラム５と逆側の表面の外周稜線部で、帯状領域部分
４ｃに対応する箇所に斜面状面取り３ｂが形成される。
また、ダイヤフラム５が単結晶シリコンからなり、絶縁
板３が、単結晶シリコンと熱膨張係数が近似な、ほう珪
酸ガラスからなる。なお、ダイヤフラム５と絶縁板３の
接合は、陽極接合による。
施例の固定電極に関し、(a) はダイヤフラムと逆方向か
ら見た側面図、(b) はダイヤフラム方向から見た側面図
である。図３において、差圧に応じて変位するダイヤフ
ラム５の両側に、それぞれ同形・同寸法の固定電極を空
隙29を介し相対させて配設する。ダイヤフラム５は、各
表面の周縁部を残して中心部に円形の偏平凹部が形成さ
れる。固定電極は、導圧用中心穴３ａをもつ絶縁板３
と、金の導電性膜４とからなる。導電性膜４は、絶縁板
３の、ダイヤフラム５の側の表面の円形中心部領域部分
４ｄ（第１実施例の導電板12に相当）、中心穴３ａに係
る内周面全域部分４ａ、ダイヤフラム５と逆側の表面で
中心穴３ａを囲むリング状領域部分４ｂ、および、リン
グ状領域部分４ｂから遠心方向に伸びて外周に達する帯
状領域部分４ｃが一体的に構成されたものである（図４
参照）。第１実施例と同じように、リング状領域部分４
ｂの正方形は、容器に組み込むときの絶縁体53（図６参
照）に対応し、導電性膜４はスパッタリングによるもの
であり、帯状領域部分４ｃの終端箇所で静電容量取出し
用端子であるアルミニウム膜31,32 と導通する。また、
図３と図４(a) に示すように、絶縁板３には、そのダイ
ヤフラム５と逆側の表面の外周稜線部で、帯状領域部分
４ｃに対応する箇所に斜面状面取り３ｂが形成される。
また、ダイヤフラム５が単結晶シリコンからなり、絶縁
板３が、単結晶シリコンと熱膨張係数が近似な、ほう珪
酸ガラスからなる。なお、ダイヤフラム５と絶縁板３の
接合は、陽極接合による。
【００２０】したがって、のＣs1 が存在しなくな
り、固定電極のダイヤフラム５の逆側の表面に被着され
た導電性膜４の、リング状領域部分４ｂと帯状領域部分
４ｃの合計面積を第１実施例におけると同様に小さくで
きるから、前述したのＣs1＋Ｃs2 をさらに小さくす
ることになって、静圧スパン特性をさらに改善すること
ができる。
り、固定電極のダイヤフラム５の逆側の表面に被着され
た導電性膜４の、リング状領域部分４ｂと帯状領域部分
４ｃの合計面積を第１実施例におけると同様に小さくで
きるから、前述したのＣs1＋Ｃs2 をさらに小さくす
ることになって、静圧スパン特性をさらに改善すること
ができる。
【００２１】ここで、Ｃs1が存在せず、リング状領域部
分４ｂと帯状領域部分４ｃの合計面積が図５の従来の導
電板14の面積の半分になり、その他の条件が同じである
とすると、式(1) に基づいて、Ｃs1＝0 、Ｃs2＝1.7/2
＝0.85(pF) であるから、 ε＝−〔（0 ＋0.85）1.3 ×10-2／50（１＋1.3 ・１・10-4）〕・１ ＝−0.022 （％） 第２実施例によれば、従来の静圧スパン特性を約77％改
善可能になる。
分４ｂと帯状領域部分４ｃの合計面積が図５の従来の導
電板14の面積の半分になり、その他の条件が同じである
とすると、式(1) に基づいて、Ｃs1＝0 、Ｃs2＝1.7/2
＝0.85(pF) であるから、 ε＝−〔（0 ＋0.85）1.3 ×10-2／50（１＋1.3 ・１・10-4）〕・１ ＝−0.022 （％） 第２実施例によれば、従来の静圧スパン特性を約77％改
善可能になる。
【００２２】また、第１実施例におけると同様に、絶縁
板４の中心穴４ａが両側からあけられた円錐台状穴であ
るから、スパッタリングによる導電性膜４ａの生成の効
果、絶縁板３に面取り３ｂを設けたことで、各アルミニ
ウム膜31,32 との導通を確実にする効果、絶縁板３を、
単結晶シリコンのダイヤフラム５と熱膨張係数が近似な
ほう珪酸ガラスにしたことの効果がある。
板４の中心穴４ａが両側からあけられた円錐台状穴であ
るから、スパッタリングによる導電性膜４ａの生成の効
果、絶縁板３に面取り３ｂを設けたことで、各アルミニ
ウム膜31,32 との導通を確実にする効果、絶縁板３を、
単結晶シリコンのダイヤフラム５と熱膨張係数が近似な
ほう珪酸ガラスにしたことの効果がある。
【００２３】
【発明の効果】この発明によれば、次のような優れた効
果が期待できる。 (1) 請求項１に係る場合には、固定電極のダイヤフラム
の逆側の表面に被着された導電性膜（リング状領域と、
これから遠心方向に伸びて外周に達する帯状領域を覆う
膜部分）の面積を小さくできるから、「発明が解決しよ
うとする課題」の項で述べた、のＣs1＋Ｃs2 を小さ
くすることになり、実施例によれば静圧スパン特性を、
従来例に比べ約23％改善することができる。請求項２に
係る場合には、Ｃs1が存在しないし、Ｃs2 が前記のよ
うに小さいから、のＣs1＋Ｃs2をさらに小さくするこ
とになって、実施例によれば静圧スパン特性を、従来例
に比べ約77％改善することができる。 (2) 絶縁板のダイヤフラム側とは逆な表面の外周稜線部
で、帯状領域の導電性膜部分に対応する箇所が斜面状に
面取りされることによって、静電容量取出し用端子とし
ての蒸着アルミニウム膜（各リードピンＡ，Ｂ，Ｃが接
触する）と、帯状導電性膜部分の導通が確実になり、正
確な静電容量の取り出し、ひいては正確な差圧測定を支
援する。 (3) 絶縁板がダイヤフラムや導電板の熱膨張係数に近似
な材料であるから、周囲温度の変化によって固定電極が
熱変形することが抑えられて、熱応力発生が抑制され、
かつ温度特性が良くなる。 (4) 絶縁板の中心穴が内部に向かって先細りした円錐台
状であるから、スパッタリングによる導電性膜生成が容
易になるとともに、厚さの均一性が確保されて導電性膜
の品質向上が図れる。
果が期待できる。 (1) 請求項１に係る場合には、固定電極のダイヤフラム
の逆側の表面に被着された導電性膜（リング状領域と、
これから遠心方向に伸びて外周に達する帯状領域を覆う
膜部分）の面積を小さくできるから、「発明が解決しよ
うとする課題」の項で述べた、のＣs1＋Ｃs2 を小さ
くすることになり、実施例によれば静圧スパン特性を、
従来例に比べ約23％改善することができる。請求項２に
係る場合には、Ｃs1が存在しないし、Ｃs2 が前記のよ
うに小さいから、のＣs1＋Ｃs2をさらに小さくするこ
とになって、実施例によれば静圧スパン特性を、従来例
に比べ約77％改善することができる。 (2) 絶縁板のダイヤフラム側とは逆な表面の外周稜線部
で、帯状領域の導電性膜部分に対応する箇所が斜面状に
面取りされることによって、静電容量取出し用端子とし
ての蒸着アルミニウム膜（各リードピンＡ，Ｂ，Ｃが接
触する）と、帯状導電性膜部分の導通が確実になり、正
確な静電容量の取り出し、ひいては正確な差圧測定を支
援する。 (3) 絶縁板がダイヤフラムや導電板の熱膨張係数に近似
な材料であるから、周囲温度の変化によって固定電極が
熱変形することが抑えられて、熱応力発生が抑制され、
かつ温度特性が良くなる。 (4) 絶縁板の中心穴が内部に向かって先細りした円錐台
状であるから、スパッタリングによる導電性膜生成が容
易になるとともに、厚さの均一性が確保されて導電性膜
の品質向上が図れる。
【図１】この発明の第１実施例の断面図
【図２】第１実施例の側面図
【図３】この発明に係る第２実施例の断面図
【図４】第２実施例の固定電極に関し、(a) はダイヤフ
ラムと逆方向から見た側面図、(b) はダイヤフラム方向
から見た側面図
ラムと逆方向から見た側面図、(b) はダイヤフラム方向
から見た側面図
【図５】従来例の断面図
【図６】従来例を組み込んだ差圧検出装置の断面図
１ 絶縁板 １ａ 中心穴 １ｂ 面取り ２ 導電性膜 ２ａ 内周面全域部分 ２ｂ リング状領域部分 ２ｃ 帯状領域部分 ３ 絶縁板 ３ａ 中心穴 ３ｂ 面取り ４ 導電性膜 ４ａ 内周面全域部分 ４ｂ リング状領域部分 ４ｃ 帯状領域部分 ４ｄ 中心部領域部分 ５，１０ ダイヤフラム １１ ガラス接合部 １２ 導電板 ２１ 支持体 ２９ 空隙
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−187950（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−242133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−142（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 13/00 - 13/06
Claims (7)
- 【請求項１】差圧に応じて変位するダイヤフラムの両側
にそれぞれ同形・同寸法の固定電極を近接相対させて配
設し、ダイヤフラムと各固定電極の間の静電容量に基づ
き差圧を測定する検出器において、固定電極は、導圧用
中心穴をもつ絶縁板と；この絶縁板のダイヤフラム側表
面の中心部に設けられ、導圧用中心穴をもつ導電板と；
絶縁板のダイヤフラム側表面の周縁部に導電板を隔てて
囲む形で設けられるリング状支持体と；絶縁板の、中心
穴に係る内周面全域、導電板と逆側の表面で中心穴を囲
むリング状領域、および、このリング状領域から遠心方
向に伸びて外周に達する帯状領域を覆う形で一体的に被
着され、絶縁板内周面の終端箇所で導電板と導通し、帯
状領域の終端箇所で静電容量取出し用端子と導通する導
電性膜と；を備えるとともに、リング状支持体を介し、
導電板をダイヤフラム中心部に近接相対させて、ダイヤ
フラム周縁部表面と絶縁接合される、ことを特徴とする
静電容量式差圧検出器。 - 【請求項２】差圧に応じて変位するダイヤフラムの両側
にそれぞれ同形・同寸法の固定電極を近接相対させて配
設し、ダイヤフラムと各固定電極の間の静電容量に基づ
き差圧を測定する検出器において、ダイヤフラムは、各
表面の周縁部を残して中心部に偏平凹部が形成され、固
定電極は、導圧用中心穴をもつ絶縁板と；この絶縁板
の、ダイヤフラム側表面の中心部領域、中心穴に係る内
周面全域、ダイヤフラムと逆側の表面で中心穴を囲むリ
ング状領域、および、このリング状領域から遠心方向に
伸びて外周に達する帯状領域を覆う形で一体的に被着さ
れ、帯状領域の終端箇所で静電容量取出し用端子と導通
する導電性膜と；を備えるとともに、ダイヤフラム側表
面の中心部領域の導電性膜部分をダイヤフラムの偏平凹
部底面に近接相対させて、ダイヤフラム周縁部表面と接
合される、ことを特徴とする静電容量式差圧検出器。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の差圧検出器にお
いて、絶縁板は、そのダイヤフラム側とは逆な表面の外
周稜線部で、帯状領域の導電性膜部分に対応する箇所が
面取りされてなる、ことを特徴とする静電容量式差圧検
出器。 - 【請求項４】請求項１または３に記載の差圧検出器にお
いて、ダイヤフラムと導電板は、それぞれ単結晶シリコ
ンからなり、絶縁板は、単結晶シリコンと熱膨張係数が
近似な材料からなる、ことを特徴とする静電容量式差圧
検出器。 - 【請求項５】請求項２または３に記載の差圧検出器にお
いて、ダイヤフラムは、単結晶シリコンからなり、絶縁
板は、単結晶シリコンと熱膨張係数が近似な材料からな
る、ことを特徴とする静電容量式差圧検出器。 - 【請求項６】請求項１，３または４に記載の差圧検出器
において、導電性膜は、スパッタリングによるものであ
り、絶縁板の導圧用中心穴は、導電板側の表面でその中
心穴と連接し、導電板と逆側の表面に向かって広がる円
錐台状穴である、ことを特徴とする静電容量式差圧検出
器。 - 【請求項７】請求項２，３または５に記載の差圧検出器
において、導電性膜は、スパッタリングによるものであ
り、絶縁板の導圧用中心穴は、両側の各表面から内部に
向かい先細りして連通する同軸の二つの円錐台状穴から
なる、ことを特徴とする静電容量式差圧検出器。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17094196A JP3147778B2 (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 静電容量式差圧検出器 |
| US08/884,355 US5925824A (en) | 1996-07-01 | 1997-06-27 | Capacitive differential pressure detector |
| GB9713633A GB2314933B (en) | 1996-07-01 | 1997-06-30 | Capacitive differential pressure detector |
| BR9703820A BR9703820A (pt) | 1996-07-01 | 1997-07-01 | Detector de pressão diferencial capacitiva |
| CN97114086.3A CN1119637C (zh) | 1996-07-01 | 1997-07-01 | 电容式差压检测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17094196A JP3147778B2 (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 静電容量式差圧検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1019708A JPH1019708A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3147778B2 true JP3147778B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=15914214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17094196A Expired - Fee Related JP3147778B2 (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 静電容量式差圧検出器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5925824A (ja) |
| JP (1) | JP3147778B2 (ja) |
| CN (1) | CN1119637C (ja) |
| BR (1) | BR9703820A (ja) |
| GB (1) | GB2314933B (ja) |
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| US6568274B1 (en) | 1998-02-04 | 2003-05-27 | Mks Instruments, Inc. | Capacitive based pressure sensor design |
| US6772640B1 (en) | 2000-10-10 | 2004-08-10 | Mks Instruments, Inc. | Multi-temperature heater for use with pressure transducers |
| FR2818676B1 (fr) * | 2000-12-27 | 2003-03-07 | Freyssinet Int Stup | Procede de demontage d'un cable de precontrainte et dispositif pour la mise en oeuvre |
| KR100404904B1 (ko) | 2001-06-09 | 2003-11-07 | 전자부품연구원 | 차동 용량형 압력센서 및 그 제조방법 |
| US6993973B2 (en) * | 2003-05-16 | 2006-02-07 | Mks Instruments, Inc. | Contaminant deposition control baffle for a capacitive pressure transducer |
| US7249515B2 (en) * | 2003-09-09 | 2007-07-31 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Capacitive pressure sensor |
| US7201057B2 (en) | 2004-09-30 | 2007-04-10 | Mks Instruments, Inc. | High-temperature reduced size manometer |
| US7137301B2 (en) * | 2004-10-07 | 2006-11-21 | Mks Instruments, Inc. | Method and apparatus for forming a reference pressure within a chamber of a capacitance sensor |
| US7141447B2 (en) | 2004-10-07 | 2006-11-28 | Mks Instruments, Inc. | Method of forming a seal between a housing and a diaphragm of a capacitance sensor |
| US7204150B2 (en) | 2005-01-14 | 2007-04-17 | Mks Instruments, Inc. | Turbo sump for use with capacitive pressure sensor |
| US9249008B2 (en) | 2012-12-20 | 2016-02-02 | Industrial Technology Research Institute | MEMS device with multiple electrodes and fabricating method thereof |
| CN103063356A (zh) * | 2012-12-25 | 2013-04-24 | 天津俞昌科技有限公司 | 一种高精度差压变送器 |
| DE102013113594A1 (de) * | 2013-12-06 | 2015-06-11 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Differenzdrucksensor |
| DE102015119272A1 (de) * | 2015-11-09 | 2017-05-11 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | Kapazitiver Drucksensor und Verfahren zu dessen Herstellung |
| DE102017126121A1 (de) * | 2017-11-08 | 2019-05-09 | Tdk Electronics Ag | Drucksensorsystem mit Schutz vor einfrierendem Medium |
| CN111982383B (zh) * | 2020-07-06 | 2021-12-07 | 厦门大学 | 一种差压接触式mems电容薄膜真空规 |
| CN112326094B (zh) * | 2020-10-29 | 2022-02-18 | 陕西理工大学 | 一种压力传感器及尿动力检测装置 |
| CN114646420B (zh) * | 2022-05-19 | 2022-07-29 | 成都倍芯传感技术有限公司 | 一种高可靠性的压力变送器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4390925A (en) * | 1981-08-26 | 1983-06-28 | Leeds & Northrup Company | Multiple-cavity variable capacitance pressure transducer |
| US4424713A (en) * | 1982-06-11 | 1984-01-10 | General Signal Corporation | Silicon diaphragm capacitive pressure transducer |
| IL82960A0 (en) * | 1986-06-30 | 1987-12-20 | Rosemount Inc | Differential pressure sensor |
| JP2639159B2 (ja) * | 1989-04-14 | 1997-08-06 | 富士電機株式会社 | 静電容量式差圧検出器 |
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- 1996-07-01 JP JP17094196A patent/JP3147778B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
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