JP3399688B2 - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor

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JP3399688B2
JP3399688B2 JP07132295A JP7132295A JP3399688B2 JP 3399688 B2 JP3399688 B2 JP 3399688B2 JP 07132295 A JP07132295 A JP 07132295A JP 7132295 A JP7132295 A JP 7132295A JP 3399688 B2 JP3399688 B2 JP 3399688B2
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diaphragm
pressure
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pressure sensor
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正一 阿部
透 山川
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Nagano Keiki Co Ltd
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Nagano Keiki Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、測定流体の圧力を検出
する静電容量式の圧力センサ、特に、耐圧性能を改善し
た圧力センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type pressure sensor for detecting the pressure of a fluid to be measured, and more particularly to a pressure sensor having improved pressure resistance.

【0002】[0002]

【背景技術】従来より、静電容量式の圧力センサが利用
されている。図6には、静電容量式の圧力センサに用い
られる従来の一般的な圧力変換素子50が示されている
(特公昭60-34687号)。この圧力変換素子50は、厚肉の
基板51と、この基板51に所定の間隔を置いて対向配置さ
れた薄肉のダイアフラム52と、これらの基板51およびダ
イアフラム52の各々の対向面にそれぞれ設けられた電極
53, 54とを有するものである。ダイアフラム52に圧力が
加えられると、ダイアフラム52が弾性変形し、ダイアフ
ラム52の変形量に応じて電極53, 54の静電容量Cが変化
するので、この静電容量Cの変化から、ダイアフラム52
に加わる圧力が検出される。すなわち、電極53, 54が形
成する静電容量Cは、電極面積A、電極間物質の誘電率
をε、電極間距離dとすると、 C=ε*A/d‥‥‥‥ で表される。従って、ダイアフラム52に圧力が加えられ
ると、ダイアフラム52が変形し、ダイアフラム52に加わ
る圧力に応じて距離dが変位することから、静電容量C
に基づいてダイアフラム52に加わる圧力を検出すること
ができる。
BACKGROUND ART Conventionally, a capacitance type pressure sensor has been used. FIG. 6 shows a conventional general pressure converting element 50 used in a capacitance type pressure sensor (Japanese Patent Publication No. 60-34687). The pressure converting element 50 is provided on a thick substrate 51, a thin diaphragm 52 arranged to face the substrate 51 at a predetermined interval, and on respective facing surfaces of the substrate 51 and the diaphragm 52. Electrode
It has 53 and 54. When pressure is applied to the diaphragm 52, the diaphragm 52 elastically deforms and the electrostatic capacitance C of the electrodes 53 and 54 changes according to the deformation amount of the diaphragm 52. Therefore, from the change of the electrostatic capacitance C, the diaphragm 52 is changed.
The pressure applied to is detected. That is, the electrostatic capacitance C formed by the electrodes 53 and 54 is represented by C = ε * A / d ..., Where the electrode area A, the permittivity of the interelectrode substance is ε, and the interelectrode distance is d. . Therefore, when pressure is applied to the diaphragm 52, the diaphragm 52 is deformed, and the distance d is displaced according to the pressure applied to the diaphragm 52.
The pressure applied to the diaphragm 52 can be detected based on

【0003】ここで、式から判るように、静電容量C
は、電極間距離dに反比例するものとなっており、圧力
変換素子50に入力される圧力が直線的に変化しても、圧
力変換素子50から出力される静電容量Cの変化は、非直
線的となる。この非直線性が著しいと、直線近似を行う
補正回路で補正する際に、補正回路が複雑となり、圧力
センサ50のコストが高価となる。この出力の非直線性
は、電極間距離dと、電極間距離の最大変位fとによっ
て決まり、f/dの値を0に近づけることにより改善さ
れる。また、電極間距離dが小さいと、測定範囲におけ
る静電容量および静電容量の変化量のばらつきが大きく
なり、調整回路が複雑となり、この点からも圧力センサ
50のコストは高価となる。そこで、測定範囲が充分確保
されるように、電極間距離の最大変位fを決め、この最
大変位fに対して電極間距離dを充分大きくすることに
より、圧力変換素子50の出力特性を直線に近づけ、補正
回路や調整回路が複雑にならないようにしている。一般
的には、電極間距離dは、電極間距離の最大変位fの3
倍以上にすることが好ましい。
Here, as can be seen from the equation, the capacitance C
Is inversely proportional to the inter-electrode distance d, and even if the pressure input to the pressure conversion element 50 changes linearly, the change in the capacitance C output from the pressure conversion element 50 is non-uniform. It will be linear. If this non-linearity is significant, the correction circuit becomes complicated when the correction is performed by the correction circuit that performs linear approximation, and the cost of the pressure sensor 50 becomes expensive. The non-linearity of this output is determined by the inter-electrode distance d and the maximum displacement f of the inter-electrode distance, and is improved by bringing the value of f / d close to zero. In addition, when the inter-electrode distance d is small, the variation of the capacitance and the variation of the capacitance in the measurement range becomes large, and the adjustment circuit becomes complicated.
The cost of 50 is expensive. Therefore, the maximum displacement f of the inter-electrode distance is determined so that the measurement range is sufficiently secured, and the inter-electrode distance d is made sufficiently large with respect to this maximum displacement f, so that the output characteristic of the pressure conversion element 50 becomes linear. The correction circuits and adjustment circuits are kept close to each other so that they are not complicated. Generally, the inter-electrode distance d is 3 which is the maximum displacement f of the inter-electrode distance.
It is preferably doubled or more.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極間
距離dを大きくすると、ダイアフラム52に測定範囲以上
の圧力が加わった際に、図7に示されるように、ダイア
フラム52が基板51に接触するまで変形し、ダイフラム52
の内部応力が大きくなり、ダイアフラム52は機能を維持
できなくなる。このため、従来の圧力変換素子50では、
測定における耐圧性能を測定範囲に比して大きくとるこ
とができないという問題があった。
However, when the distance d between the electrodes is increased, when the diaphragm 52 is applied with a pressure exceeding the measurement range, the diaphragm 52 contacts the substrate 51 as shown in FIG. Deformed and Daifuramu 52
The internal stress of the diaphragm becomes large and the diaphragm 52 cannot maintain its function. Therefore, in the conventional pressure conversion element 50,
There is a problem that the pressure resistance performance in the measurement cannot be made larger than the measurement range.

【0005】本発明の目的は、出力の直線性が充分確保
され、測定範囲に比して耐圧性能が充分大きい圧力セン
サを提供することにある
An object of the present invention is to provide a pressure sensor in which the linearity of the output is sufficiently ensured and the pressure resistance performance is sufficiently large compared to the measurement range.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、厚肉の基板
と、所定の間隔を置いて前記基板と対向して配置された
ダイアフラムと、これらの基板およびダイアフラムの互
いに対向する面にそれぞれ設けられた電極とを有し、前
記ダイアフラムに加わる圧力を前記電極間の静電容量の
変化により検出する圧力センサであって、前記ダイアフ
ラムの変位を制限するリング状のストッパを基板に複数
備え、これらのストッパの高さがそれぞれ異なるととも
に、前記ダイアフラムは、薄肉円板状の絶縁体とされて
いることを特徴とする。以上において、前記ストッパの
各々は、前記基板に同軸となるように設けたリング状の
凸部であるとともに、その高さが内側のものほど低くさ
れていることが望ましい。また、前記ストッパの各々
、前記電極の上側に積層した誘電体からなることが好
ましい。
According to the present invention, a thick-walled substrate, a diaphragm arranged at a predetermined interval so as to face the substrate, and provided on surfaces of the substrate and the diaphragm that face each other. A pressure sensor for detecting a pressure applied to the diaphragm by a change in electrostatic capacitance between the electrodes, the substrate including a plurality of ring-shaped stoppers for restricting displacement of the diaphragm. different and Tomo height of the stopper, respectively
In addition, the diaphragm is a thin disk-shaped insulator.
And said that you are. In the above description, it is desirable that each of the stoppers is a ring-shaped convex portion provided coaxially with the substrate, and the height thereof is lower toward the inner side. Further, each of the stopper is preferably made of a dielectric material laminated to the upper side of the front Symbol electrodes.

【0007】[0007]

【作用】このような本発明では、ダイアフラムに生じる
変位がストッパにより制限されるので、過大な圧力が加
わってもダイアフラムの内部には、大きな応力が発生し
ないので、電極間の距離を大きくすることができる。こ
のため、出力の直線性が充分確保可能となるうえ、過大
な圧力が加わってもダイアフラムの機能が損なわれなく
なるので、測定範囲に比して充分大きい耐圧性能が確保
され、これにより前記目的が達成される。この際、基板
にリング状の凸部を設け、この凸部をストッパとして採
用すれば、この凸部でダイアフラムの変位を制限できる
うえ、この凸部の位置や大きさを適宜設定すれば、電極
が構成する静電容量Cを大きくしない、すなわち見かけ
上の電極間距離dを低下させないので、測定精度が充分
確保されるようになる。また、凸部の高さを内側のもの
ほど低くすれば、各ストッパの先端がダイアフラムの変
形範囲に応じた位置に配置され、測定範囲の圧力に対し
てはダイアフラムの変形を充分許容する一方、過大な圧
力に対してはストッパがダイアフラムの変位を確実に抑
制するので、所望の測定範囲および充分な耐圧性能の両
方が確保される。
In the present invention as described above, since the displacement generated in the diaphragm is limited by the stopper, a large stress is not generated inside the diaphragm even if an excessive pressure is applied. Therefore, the distance between the electrodes should be increased. You can Therefore, the output linearity can be sufficiently ensured, and the function of the diaphragm is not impaired even if an excessive pressure is applied, so that a sufficiently large pressure resistance performance is secured as compared with the measurement range. To be achieved. At this time, if a ring-shaped protrusion is provided on the substrate and this protrusion is used as a stopper, the displacement of the diaphragm can be limited by this protrusion, and if the position and size of this protrusion are set appropriately, the electrode Does not increase the electrostatic capacitance C, that is, does not reduce the apparent inter-electrode distance d, so that sufficient measurement accuracy can be ensured. Further, if the height of the convex portion is made lower toward the inner side, the tip of each stopper is arranged at a position corresponding to the deformation range of the diaphragm, and the deformation of the diaphragm is sufficiently allowed for the pressure in the measurement range, Since the stopper reliably suppresses the displacement of the diaphragm against an excessive pressure, both a desired measurement range and sufficient pressure resistance performance are ensured.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1および図2には、本実施例に係る圧力セン
サの圧力変換素子1が示されている。この圧力変換素子
1は、図示しない圧力センサに内蔵され、測定流体の圧
力を検出するものである。圧力変換素子1には、セラミ
ック等からなる円板状のダイアフラム10および基板20と
が備えられている。ダイアフラム10および基板20は、筒
状の接合体2を挟んで接合され、互いに所定の間隔を置
いて対向配置されている。ダイアフラム10は、測定流体
の圧力を受けて変形する薄肉の絶縁体である。ダイアフ
ラム10には、基板20と対向する面のほぼ全面を覆う円板
状のコモン電極11が設けられている。このコモン電極11
は、接合体2および基板20を貫通するスルーホール12を
介して、基板20の外側に設けられた外部接続端子13と電
気的に接続されている。なお、スルーホール12は、内側
面に導電性物質が被覆されたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a pressure conversion element 1 of a pressure sensor according to this embodiment. The pressure conversion element 1 is built in a pressure sensor (not shown) and detects the pressure of the measurement fluid. The pressure conversion element 1 is provided with a disk-shaped diaphragm 10 and a substrate 20 made of ceramic or the like. The diaphragm 10 and the substrate 20 are bonded together with the tubular bonded body 2 sandwiched therebetween, and are arranged to face each other with a predetermined gap therebetween. The diaphragm 10 is a thin insulator that is deformed by the pressure of the measurement fluid. The diaphragm 10 is provided with a disk-shaped common electrode 11 that covers almost the entire surface facing the substrate 20. This common electrode 11
Is electrically connected to an external connection terminal 13 provided outside the substrate 20 through a through hole 12 penetrating the bonded body 2 and the substrate 20. The through hole 12 has an inner surface coated with a conductive substance.

【0009】基板20は、セラミック等からなる厚肉の絶
縁体である。基板20には、ダイアフラム10と対向する面
に、円板状の測定電極21と、リング状のリファレンス電
極22とが同軸となるように設けられている。測定電極21
およびリファレンス電極22の各々は、基板20を貫通する
スルーホール23, 24を介して、基板20の外側に設けられ
た外部接続端子25, 26とそれぞれ電気的に接続されてい
る。なお、スルーホール23, 24は、スルーホール12と同
様に、内側面に導電性物質が被覆されたものである。こ
こで、ダイアフラム10側のコモン電極11および基板20側
の測定電極21が静電容量C1 を構成し、ダイアフラム10
側のコモン電極11および基板20側のリファレンス電極22
が静電容量C2 を構成している。ダイアフラム10に圧力
が加わると、ダイアフラム10が変形するため、静電容量
1 、C2 は、ダイアフラム10に加わる圧力に応じて変
化する。静電容量C1 、C2 の変化は、図示しない補正
回路で変換され、圧力に比例した電気信号として出力さ
れるようになっている。
The substrate 20 is a thick insulator made of ceramic or the like. On the substrate 20, a disc-shaped measuring electrode 21 and a ring-shaped reference electrode 22 are provided coaxially on the surface facing the diaphragm 10. Measuring electrode 21
Each of the reference electrodes 22 and the reference electrodes 22 are electrically connected to the external connection terminals 25 and 26 provided on the outside of the substrate 20, respectively, through through holes 23 and 24 that penetrate the substrate 20. The through holes 23 and 24 have inner surfaces coated with a conductive substance, like the through holes 12. Here, the common electrode 11 on the side of the diaphragm 10 and the measurement electrode 21 on the side of the substrate 20 constitute the electrostatic capacitance C 1 , and the diaphragm 10
Side common electrode 11 and substrate 20 side reference electrode 22
Constitutes the electrostatic capacitance C 2 . When pressure is applied to the diaphragm 10, the diaphragm 10 is deformed, so that the electrostatic capacitances C 1 and C 2 change according to the pressure applied to the diaphragm 10. Changes in the electrostatic capacitances C 1 and C 2 are converted by a correction circuit (not shown) and output as an electric signal proportional to the pressure.

【0010】測定電極21の上側には、ガラス等の誘電体
からなるリング状の凸部27が形成されている。この凸部
27の外側には、測定電極21の外周縁およびリファレンス
電極22の内周縁にまたがってリング状の凸部28が形成さ
れている。内側の凸部27は、高さが凸部28よりも低くさ
れている。これらの凸部27, 28の各々は、ダイアフラム
10の変位を制限するリング状のストッパとなっている。
A ring-shaped convex portion 27 made of a dielectric material such as glass is formed on the upper side of the measuring electrode 21. This convex part
On the outer side of 27, a ring-shaped convex portion 28 is formed straddling the outer peripheral edge of the measurement electrode 21 and the inner peripheral edge of the reference electrode 22. The height of the inner convex portion 27 is lower than that of the convex portion 28. Each of these protrusions 27, 28 is a diaphragm.
It is a ring-shaped stopper that limits the displacement of 10.

【0011】次に、本実施例のストッパの作用について
説明する。ダイアフラム10に測定範囲内の圧力が加わる
と、図3(A)に示されるように、ダイアフラム10が変
形し、電極11,21,22が構成する静電容量C1 、C2 が変
化し、この静電容量C1 、C2 の変化から圧力が検出さ
れる。ここで、ダイアフラム10に加わる圧力は、測定範
囲内にあるので、ダイアフラム10は、変形しても凸部2
7, 28と接触しない。この状態から圧力が増大し、測定
範囲外に逸脱すると、ダイアフラム10は、図3(B)に
示されるように、さらに変形して凸部27, 28と接触し、
凸部27, 28との接触により、ダイアフラム10の変形は抑
制される。このため、ダイアフラム10の変位は、凸部2
7, 28がない場合のダイアフラム52の変位(図中二点鎖
線で示す)よりも小さい。同一形状のダイアフラム10,
52に生じる内部応力は、変形が小さい程小さくなるの
で、同じ大きさの応力を発生させるには、凸部27, 28と
接触するダイアフラム10の方がダイアフラム52よりも大
きな圧力を加える必要がある。そして、圧力がさらに増
大すると、ダイアフラム10は、図3(C)に示されるよ
うに、凸部27, 28の角部27A, 28Aの近傍が下方に折れ曲
がるように変形する。これにより、ダイアフラム10の角
部27A, 28Aに近い部分には、曲げモーメントMが発生す
る。この曲げモーメントMは、ダイアフラム10に加わる
圧力Pによる応力と反対方向に働き、この結果、ダイア
フラム10の内部に発生する応力が低減される。従って、
ストッパを設けることにより、ダイアフラム10の機能を
維持可能な最大圧力が増大され、圧力変換素子1の耐圧
性能が向上する。
Next, the operation of the stopper of this embodiment will be described. When a pressure within the measurement range is applied to the diaphragm 10, as shown in FIG. 3A, the diaphragm 10 is deformed and the electrostatic capacitances C 1 and C 2 formed by the electrodes 11, 21 and 22 are changed, The pressure is detected from the changes in the electrostatic capacitances C 1 and C 2 . Here, since the pressure applied to the diaphragm 10 is within the measurement range, the diaphragm 10 is not deformed even if it is deformed.
No contact with 7, 28. When the pressure increases from this state and deviates from the measurement range, the diaphragm 10 is further deformed and comes into contact with the convex portions 27 and 28, as shown in FIG.
Due to the contact with the convex portions 27, 28, the deformation of the diaphragm 10 is suppressed. Therefore, the displacement of the diaphragm 10 is
It is smaller than the displacement of the diaphragm 52 (indicated by the chain double-dashed line in the figure) when there is no 7, 28. Diaphragm 10 of the same shape,
The smaller the deformation, the smaller the internal stress generated in 52. Therefore, in order to generate the same amount of stress, it is necessary to apply a larger pressure to the diaphragm 10 in contact with the convex portions 27 and 28 than to the diaphragm 52. . Then, when the pressure further increases, the diaphragm 10 is deformed so that the vicinity of the corners 27A, 28A of the protrusions 27, 28 is bent downward as shown in FIG. 3 (C). As a result, a bending moment M is generated in the portions of the diaphragm 10 near the corners 27A and 28A. This bending moment M acts in the direction opposite to the stress due to the pressure P applied to the diaphragm 10, and as a result, the stress generated inside the diaphragm 10 is reduced. Therefore,
By providing the stopper, the maximum pressure at which the function of the diaphragm 10 can be maintained is increased, and the pressure resistance performance of the pressure conversion element 1 is improved.

【0012】続いて、本実施例のストッパによる測定へ
の影響について考察する。図4には、ダイアフラム10の
変位による静電容量の変化を求めるための模式図が示さ
れている。ここでは、電極11および電極21の静電容量を
1 、電極11および電極22の静電容量をC2 とし、静電
容量C1,C2 の各々の変化分を求める。図において、電
極11および電極21, 22の各々は、凸部27, 28の有無に応
じて領域U〜Zに区分けされている。例えば、領域U
は、圧力変換素子1の中心にある領域であり、電極11お
よび電極21の間には、空気等の電極間物質のみが介在す
る。また、領域Vは、圧力変換素子1の内側の凸部27が
形成された領域であり、電極11および電極21の間には、
電極間物質および凸部27が介在する。ここで、電極11お
よび電極21, 22を無限長の平行平板とみなし、領域Vの
静電容量CV を求めてみる。電極間物質の誘電率を
ε1 、凸部27の誘電率をε2 、電極11, 21の間隔を
1、電極11および凸部27の間隔をS2 、領域Vの対向
電極の面積をAV 、電極間物質のみによる静電容量をC
a 、凸部27のみによる静電容量Cb とすると、静電容量
a ,Cb は、 Ca =ε1 *AV /S2b =ε2 *AV /(S1 −S2 ) となる。一方、静電容量CV は、 CV =Ca *Cb /(Ca +Cb ) で求められる。ここで、凸部27は誘電体なので、ε1
ε2 となり、Ca ≪Cbとなることから、 CV ≒Ca =ε1 *AV /S2 が求まる。
Next, the influence of the stopper of this embodiment on the measurement will be considered. FIG. 4 shows a schematic diagram for obtaining a change in capacitance due to displacement of the diaphragm 10. Here, C 1 and the capacitance of the electrode 11 and the electrode 21, the capacitance of the electrode 11 and the electrode 22 and C 2, obtains the amount of change in each of the electrostatic capacitance C 1, C 2. In the figure, each of the electrode 11 and the electrodes 21 and 22 is divided into regions U to Z depending on the presence or absence of the protrusions 27 and 28. For example, area U
Is a region at the center of the pressure conversion element 1, and only an interelectrode substance such as air is interposed between the electrodes 11 and 21. The region V is a region where the convex portion 27 inside the pressure conversion element 1 is formed, and between the electrode 11 and the electrode 21,
The inter-electrode substance and the convex portion 27 are interposed. Here, the electrode 11 and the electrodes 21 and 22 are regarded as parallel plates of infinite length, and the electrostatic capacitance C V of the region V is obtained. The dielectric constant of the inter-electrode substance is ε 1 , the dielectric constant of the convex portion 27 is ε 2 , the distance between the electrodes 11 and 21 is S 1 , the distance between the electrode 11 and the convex portion 27 is S 2 , and the area of the counter electrode in the region V is A V , the electrostatic capacitance due to only the interelectrode substance is C
Letting a and the electrostatic capacitance C b by only the convex portion 27, the electrostatic capacitances C a and C b are Ca = ε 1 * A V / S 2 C b = ε 2 * A V / (S 1 −S 2 ) On the other hand, the electrostatic capacitance C V is obtained by C V = C a * C b / (C a + C b ). Here, since the convex portion 27 is a dielectric, ε 1 <<
Since ε 2 and C a << C b , C V ≈C a = ε 1 * A V / S 2 is obtained.

【0013】同様にして他の各領域U,W〜Zの静電容
量を求め、領域U〜Xの静電容量を加算して静電容量C
1 を求める一方、領域Y,Zの静電容量を加算して静電
容量C2 を求める。すなわち、静電容量C1 ,C2 は次
のように表される。 C1 = ε1 *AU /S1 +ε1 * AV /S2 +ε1
*AW /S3+ε1 *AX /S42 = ε1 *AY /S4 +ε1 *AZ /S5 ただし、各領域U〜Zにおける、対向電極の面積をAU
〜AZ 、電極の間隔をS1 〜S5 とする。次いで、静電
容量C1 、C2 から変化分δC1 、δC2 を求めてみ
る。測定範囲では、各領域U〜Zの電極間隔S1 〜S5
は、それぞれ最大値S10〜S50から最小値S11〜S51
間で変化するとすれば、 δC1 = ε1 *AU /(S11−S10)+ε1 *AV
(S21−S20)+ε1 *AW /(S31−S30)+ε1
X /(S41−S40) δC2 = ε1 *AY /(S41−S40)+ε1 *AZ
(S51−S50) ここで、凸部27, 28が各領域で占める面積は、電極21,
22の占める面積に比べて充分小さく、AU ≫AV 、AU
≫AX 、AZ ≫AY となるので、S20、S21、S40、S
41の影響は無視できる。つまり、ダイアフラム10の過大
な変位を抑制するために、基板20に凸部27, 28を設けて
も、測定される静電容量の変化には、実質的な影響を与
えない。
Similarly, the electrostatic capacities of the other regions U and W to Z are obtained, and the electrostatic capacities of the regions U to X are added to obtain the electrostatic capacitance C.
While obtaining 1 , the electrostatic capacitances of the regions Y and Z are added to obtain the electrostatic capacitance C 2 . That is, the electrostatic capacitances C 1 and C 2 are expressed as follows. C 1 = ε 1 * A U / S 1 + ε 1 * A V / S 2 + ε 1
* A W / S 3 + ε 1 * A X / S 4 C 2 = ε 1 * A Y / S 4 + ε 1 * A Z / S 5 However, in each region U~Z, the area of the counter electrode A U
To A Z, the distance between the electrodes and S 1 to S 5. Next, the differences δC 1 and δC 2 are calculated from the electrostatic capacitances C 1 and C 2 . In the measurement range, the electrode intervals S 1 to S 5 in the respective regions U to Z
ΔC 1 = ε 1 * A U / (S 11 −S 10 ) + ε 1 * A V /, if each changes between the maximum value S 10 to S 50 and the minimum value S 11 to S 51.
(S 21 −S 20 ) + ε 1 * A W / (S 31 −S 30 ) + ε 1 *
A X / (S 41 −S 40 ) δC 2 = ε 1 * A Y / (S 41 −S 40 ) + ε 1 * A Z /
(S 51 -S 50), where the area of the convex portions 27, 28 occupied by each region, the electrode 21,
Small enough compared to the area occupied by 22, A U >> A V , A U
>> A X , A Z >> A Y , so S 20 , S 21 , S 40 , S
The effects of 41 can be ignored. That is, even if the convex portions 27 and 28 are provided on the substrate 20 in order to suppress the excessive displacement of the diaphragm 10, the change in the measured capacitance is not substantially affected.

【0014】続いて、本実施例の圧力変換素子1の製造
手順について説明する。図5には、圧力変換素子1の断
面模式図が示されている。図において、基板20は、既に
測定電極21およびリファレンス電極22(図示せず)等が
設けられたものである。この基板20に、凸部27、凸部2
8、および、接合体2を形成した後、ダイアフラム10を
接合することにより、圧力変換素子1が製造される。す
なわち、基板20の所定位置にガラスペーストを印刷した
後焼成し、これにより、同じ高さのガラスフリット271,
281, 201 を形成する。ここで、ガラスフリット271 に
より凸部27が完成する。次いで、ガラスフリット281, 2
01の図中上側に、ガラスペーストを印刷した後焼成し、
ガラスフリット282, 202が同じ高さになるように形成す
る。ここで、ガラスフリット281, 282により凸部28が完
成する。続いて、ガラスフリット202 の図中上側に、接
合用ガラスペーストを印刷して接合部203 を形成し、こ
の接合部203 でダイアフラム10を接合する。この後、各
部の仕上げ、配線、調整等の工程を経て圧力変換素子1
が完成する。
Next, the manufacturing procedure of the pressure conversion element 1 of this embodiment will be described. FIG. 5 shows a schematic sectional view of the pressure conversion element 1. In the figure, a substrate 20 is provided with a measurement electrode 21, a reference electrode 22 (not shown) and the like. On this substrate 20, the convex portion 27 and the convex portion 2
8 and the bonded body 2 are formed, and then the diaphragm 10 is bonded to manufacture the pressure conversion element 1. That is, the glass paste is printed at a predetermined position on the substrate 20 and then fired, so that the glass frit 271, having the same height,
281, 201 are formed. Here, the convex portion 27 is completed by the glass frit 271. Then the glass frit 281, 2
After printing glass paste on the upper side of 01 in the figure, fire it,
The glass frits 282 and 202 are formed to have the same height. Here, the convex portion 28 is completed by the glass frits 281, 282. Subsequently, a bonding glass paste is printed on the upper side of the glass frit 202 in the figure to form a bonding portion 203, and the diaphragm 10 is bonded at this bonding portion 203. After that, the pressure conversion element 1 is subjected to processes such as finishing, wiring, and adjustment of each part.
Is completed.

【0015】前述のような本実施例によれば、次のよう
な効果がある。すなわち、ダイアフラム10に生じる変位
を制限する凸部27, 28を設け、過大な圧力によるダイア
フラム10の変位を凸部27, 28で制限したので、電極11と
電極21, 22との間の距離である電極間隔を大きくして
も、ダイアフラム10が大きく変形することがなくなり、
大きな圧力が加わってもダイアフラム10の機能を維持す
ることができる。このため、電極間隔を拡大して出力の
直線性を充分確保できるうえ、測定範囲に比して耐圧性
能を充分大きくできる。
According to this embodiment as described above, the following effects can be obtained. That is, since the protrusions 27 and 28 that limit the displacement generated in the diaphragm 10 are provided and the displacement of the diaphragm 10 due to excessive pressure is limited by the protrusions 27 and 28, the distance between the electrode 11 and the electrodes 21 and 22 is reduced. Even if a certain electrode interval is increased, the diaphragm 10 will not be greatly deformed,
The function of the diaphragm 10 can be maintained even when a large pressure is applied. For this reason, the electrode interval can be expanded to ensure sufficient linearity of the output, and the pressure resistance performance can be made sufficiently large compared to the measurement range.

【0016】また、基板20に設けた凸部27, 28の断面積
を電極21, 22の面積に比べて充分小さくするとともに、
ガラス等の誘電体で凸部27, 28を形成したので、凸部2
7, 28を電極11と電極21, 22との間に設け、ダイアフラ
ム10の変位を制限するようにしても、直接測定される静
電容量の変化には、実質的な影響を与えず、測定精度を
損なう等の問題を何ら発生させない。
Further, the sectional areas of the convex portions 27, 28 provided on the substrate 20 are made sufficiently smaller than the areas of the electrodes 21, 22, and
Since the protrusions 27 and 28 are formed of a dielectric material such as glass, the protrusion 2
Even if 7, 28 is provided between the electrode 11 and the electrodes 21, 22 and the displacement of the diaphragm 10 is limited, the change in the capacitance measured directly does not substantially affect the measurement. It does not cause any problems such as loss of accuracy.

【0017】さらに、凸部27の高さを外側の凸部28より
も低くし、凸部27, 28とダイアフラム10との接触位置を
中心部分に向かって次第に大きくし、凸部27, 28の高さ
がダイアフラム10の変位に対応するようにしたので、測
定範囲の圧力に対してはダイアフラム10が充分変位し、
過大な圧力に対してはダイアフラム10の変位を凸部27,
28が抑制するようになり、所望の測定範囲および充分な
耐圧性能の両方を確保することができる。
Further, the height of the convex portion 27 is made lower than that of the outer convex portion 28, and the contact position between the convex portions 27, 28 and the diaphragm 10 is gradually increased toward the central portion, so that the convex portions 27, 28 have the same height. Since the height corresponds to the displacement of the diaphragm 10, the diaphragm 10 is sufficiently displaced with respect to the pressure in the measurement range,
The displacement of diaphragm 10 is
28 is suppressed, and both a desired measurement range and sufficient pressure resistance performance can be secured.

【0018】また、印刷および焼成で基板20に凸部27,
28等を形成するので、圧力変換素子1を製造するにあた
り充分な量産性が確保され、良好な生産性を付与するこ
とができる。
In addition, the protrusions 27, 27
Since 28 and the like are formed, sufficient mass productivity can be secured for manufacturing the pressure conversion element 1, and good productivity can be imparted.

【0019】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改
良並びに設計の変更が可能である。例えば、ストッパと
しては、基板側に設けられるものに限らず、ダイアフラ
ム側に設けられたものでもよい。また、ストッパとして
は、リング状に凸部が連続する連続体に限らず、円弧状
に形成した凸部をリング状に離散させて複数配列した断
続体でもよく、要するに、ストッパはダイアフラムの変
位を有効に制限可能な形状であればよい。さらに、リン
グ状のストッパは、基板に形成した二条の凸部からなる
ものに限らず、基板に形成した三条以上の凸部からなる
ものでもよい。また、ストッパの材質は、ガラスに限ら
ず、他の誘電体や絶縁体でもよい。
Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiment, the present invention is not limited to this embodiment, and various improvements and design changes can be made without departing from the gist of the present invention. It is possible. For example, the stopper is not limited to one provided on the substrate side, but may be one provided on the diaphragm side. Further, the stopper is not limited to a continuous body in which the convex portions are continuous in a ring shape, but may be an interrupted body in which a plurality of convex portions formed in an arc shape are discretely arranged in a ring shape and arranged in a plurality. Any shape may be used as long as it can be effectively limited. Further, the ring-shaped stopper is not limited to the one having two protrusions formed on the substrate, and may be one having three or more protrusions formed on the substrate. Further, the material of the stopper is not limited to glass, and other dielectrics or insulators may be used.

【0020】[0020]

【発明の効果】前述のように本発明によれば、出力の直
線性を充分確保できるうえ、測定範囲に比して耐圧性能
を充分大きくすることができる。
As described above, according to the present invention, the linearity of the output can be sufficiently ensured, and the pressure resistance performance can be sufficiently increased as compared with the measurement range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1のII─II線における断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

【図3】前記実施例のダイアフラムの変形の様子を示す
断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing how the diaphragm of the embodiment is deformed.

【図4】前記実施例のストッパの影響を説明するたの断
面模式図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view for explaining the influence of the stopper of the embodiment.

【図5】前記実施例の要部を示す断面模式図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing a main part of the embodiment.

【図6】従来例を示す図1に相当する図である。FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a conventional example.

【図7】前記従来例のダイアフラムの変形の様子を示す
断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state of deformation of the diaphragm of the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧力センサを構成する圧力変換素子 10 ダイアフラム 11 コモン電極 20 基板 21 測定電極 22 リファレンス電極 27, 28 ストッパとしての凸部 1 Pressure conversion element that constitutes pressure sensor 10 diaphragm 11 Common electrode 20 substrates 21 Measuring electrode 22 Reference electrode 27, 28 Convex part as stopper

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 9/00 305 G01L 19/06 102 Front page continuation (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01L 9/00 305 G01L 19/06 102

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】厚肉の基板と、所定の間隔を置いて前記基
板と対向して配置されたダイアフラムと、これらの基板
およびダイアフラムの互いに対向する面にそれぞれ設け
られた電極とを有し、前記ダイアフラムに加わる圧力を
前記電極間の静電容量の変化により検出する圧力センサ
であって、前記ダイアフラムの変位を制限するリング状
のストッパを基板に複数備え、これらのストッパの高さ
がそれぞれ異なるとともに、前記ダイアフラムは、薄肉
円板状の絶縁体とされていることを特徴とする圧力セン
サ。
1. A thick substrate, a diaphragm arranged to face the substrate at a predetermined distance, and electrodes provided on surfaces of the substrate and the diaphragm facing each other, respectively. A pressure sensor for detecting a pressure applied to the diaphragm by a change in capacitance between the electrodes, wherein a substrate is provided with a plurality of ring-shaped stoppers for limiting displacement of the diaphragm, and the heights of these stoppers are different from each other. In addition, the diaphragm is thin
A pressure sensor characterized by being a disc-shaped insulator .
【請求項2】請求項1に記載の圧力センサにおいて、前
記ストッパの各々は、前記基板に同軸となるように設け
たリング状の凸部であるとともに、その高さが内側のも
のほど低くされていることを特徴とする圧力センサ。
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein each of said stoppers is a ring-shaped convex portion provided coaxially with said substrate, and the height thereof is lowered toward the inner side. A pressure sensor characterized in that
【請求項3】請求項1または請求項2に記載の圧力セン
サにおいて、前記ストッパの各々は、前記電極の上側に
積層した誘電体からなることを特徴とする圧力センサ。
3. A pressure sensor according to claim 1 or claim 2, wherein each of the stopper, the pressure sensor, characterized in that a dielectric laminated on the upper side of the front Symbol electrodes.
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