JP4828030B2 - 高温計測用半導体式圧力センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出する気体や液体の被圧力検出体に薬品剤が入っていてもその薬品環境下での影響を受けることなく高感度で圧力を検出する高温計測用半導体式圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温計測用半導体式圧力センサは、高温の気体や液体の流体圧力を検出するもので、例えば、ポリマ溶融体の流体圧力検出のため射出成形機や、排圧力検出のためガスタービンエンジンなどに取り付けられ利用されている。
【０００３】
従来の高温計測用半導体式圧力センサは、例えば、特表平５−５０７１５０号公報に記載されたものがあり、図２は、従来の高温計測用半導体式圧力センサ３０の取付外観図を示す。
【０００４】
図２に示すように、高温計測用半導体式圧力センサ３０は、高温の気体や液体を搬送する搬送管などに設ける圧力センサ取付部３９に取り付けられ、矢印Ｐに示すように加わる流体圧力を検出するものである。
【０００５】
図３は、従来の高温計測用半導体式圧力センサ３０の断面図を示す。
【０００６】
図３に示すように、高温計測用半導体式圧力センサ３０は、円柱形状のセラミックのボディー本体部３１と、ボディー本体部３１の端部に接合層３２を介し取り付けられ気体や液体の流体圧力を受ける円形薄板形状の結晶質サファイアダイアフラム３３と、ボディー本体部３１に形成される凹部３１ａの位置で結晶質サファイアダイアフラム３３に積層される感圧抵抗素子３４と、感圧抵抗素子３４に接続する信号線３７と、ネジ部３５とにより構成されている。
【０００７】
高温計測用半導体式圧力センサ３０により搬送管内を流れる高温の気体や液体の流体圧力を検出するときには、高温計測用半導体式圧力センサ３０は、圧力センサ取付部３９に取り付けられ、矢印Ｐに示すように気体や液体の流体圧力が結晶質サファイアダイアフラム３３に加わると、結晶質サファイアダイアフラム３３は、その圧力を受け凹部３１ａ側に撓み、感圧抵抗素子３４によりその圧力変化が信号線３７より出力され圧力検出が行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高温計測用半導体式圧力センサ３０には、次のような問題があった。
【０００９】
高温計測用半導体式圧力センサ３０は、上記したごとく、搬送管内を流れる気体や液体の流体圧力を結晶質サファイアダイアフラム３３の撓みにより検出することができるが、流体に酸性物質やアルカリ性物質などの薬品剤を含む場合や、高温下で熱励起により副生成物として酸性物質やアルカリ性物質などの薬品剤を流体に生成する場合がある。
【００１０】
ボディー本体部３１は、熱変形を少なくするためセラミックが使用されており、また、接合層３２は、接合強度を上げるため薬品剤に対し反応するセラミックガラスが素材に入っているため、酸性物質やアルカリ性物質などの薬品剤に対し化学変化を受け入れる恐れがある。
【００１１】
そのため、高温計測用半導体式圧力センサ３０は、ボディー本体部３１と接合層３２が薬品剤に対し影響を受け結晶質サファイアダイアフラム３３の応力バランスが変化し、圧力を誤検出する場合がある。
【００１２】
さらに、高温計測用半導体式圧力センサ３０は、高検出精度を得るため高感度での圧力検出が要求される場合があり、薬品剤に対し化学変化を受けることを避けると共に高感度での圧力検出も要求されている。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、圧力を検出する気体や液体の被圧力検出体に薬品剤が入っていてもその薬品環境下での影響を受けることなく高感度で圧力を検出することができる高温計測用半導体式圧力センサを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の高温計測用半導体式圧力センサは、感圧抵抗素子を積層する結晶質サファイア層と、底部と円筒部とをチタン合金で一体に形成し、前記底部に前記結晶質サファイア層が直接圧力を受けるような切欠部を設け、前記結晶質サファイア層を前記底部の内側に接合するボディー本体部とを備え、前記底部は、該底部を撓みやすくする溝または窪みを円周方向に沿って設け、前記結晶質サファイア層を受圧部とし前記受圧部の外側にかかる圧力を検出することとした。
【００１５】
また、感圧抵抗素子を積層する結晶質サファイア層と、円筒部とチタン合金の底部とを接合して形成し、前記底部に前記結晶質サファイア層が直接圧力を受けるような切欠部を設け、前記結晶質サファイア層を前記底部の内側に接合するボディー本体部とを備え、前記底部は、該底部を撓みやすくする溝または窪みを円周方向に沿って設け、前記結晶質サファイア層を受圧部とし前記受圧部の外側にかかる圧力を検出することとした。
【００１７】
さらに、前記結晶質サファイア層は、銀または金を主成分としチタンを含有する接合層を介し前記底部に接合することとした。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を基に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に関わる高温計測用半導体式圧力センサ１０を示し、図１（Ａ）は、断面図を示し、図１（Ｂ）は、平面図を示す。
【００２０】
図１に示すように、この高温計測用半導体式圧力センサ１０は、感圧抵抗素子１４を積層した結晶質サファイア層１３と、円筒部１１Ａと底部１１Ｂとを有し、底部１１Ｂには切欠部１１ｃが形成され結晶質サファイア層１３を内側に接合するカップ形状のチタン合金のボディー本体部１１と、このボディー本体部１１に取り付けられるチタン合金のネジ部１５とにより構成され、結晶質サファイア層１３を受圧部とし、切欠部１１ｃより結晶質サファイア層１３の外側にかかる圧力を検出するものである。
【００２１】
結晶質サファイア層１３は、銀または金を主成分としチタンを含有する接合層１２を介し底部１１Ｂの内側に接合しており、接合層１２は薬品環境下での影響を受けることはない。支持部１６は、アルミナを主成分とし円筒部１１Ａの内側に補強支持材として取り付けられている。
【００２２】
ボディー本体部１１は、底部１１Ｂの中央部に切欠部１１ｃを設け、結晶質サファイア層１３が直接圧力を受けるように形成している。また、底部１１Ｂには、結晶質サファイア層１３を撓み易くするために、円周方向に沿って溝１１ｄを設けている。
【００２３】
感圧抵抗素子１４は、例えばＰ型半導体素子を半導体の製造技術を応用し結晶質サファイア層１３に積層するもので、予め定めた位置に複数個設定することができ、結晶質サファイア層１３が圧力を受け撓むことにより長さや断面積が変化して感圧抵抗素子１４の抵抗値が変化するものであり、ホイートストン・ブリッジの回路構成にして圧力に応じた電圧信号を出力する。感圧抵抗素子１４は、支持部１６と絶縁チューブ１８の中を通り増幅回路（図示せず）に接続する信号線１７に接続している。
【００２４】
高温計測用半導体式圧力センサ１０により搬送管内を流れる気体や液体の流体圧力を検出するときには、高温計測用半導体式圧力センサ１０は、ネジ部１５により搬送管に設けられる取付部（図示せず）に取り付けられ、矢印Ｐに示すように流体圧力が切欠部１１ｃから結晶質サファイア層１３に加わったとき結晶質サファイア層１３は内側に撓み、その撓みを結晶質サファイア層１３に積層した感圧抵抗素子１４により検出して圧力信号として感圧抵抗素子１４に接続する信号線１７より出力し、圧力の検出が行われる。
【００２５】
ボディー本体部１１は、耐熱性のあるチタン合金で形成しているため熱の影響を受け難く、さらに、結晶質サファイア層１３は、ボディー本体部１１の底部１１Ｂに溝１１ｄが設けているため撓みやすく、切欠部１１ｃから直接圧力を受けるため感度良く流体の圧力を検出することができる。
【００２６】
なお、高温計測用半導体式圧力センサ１０では、ボディー本体部１１は、耐熱性のあるチタン合金で形成する例に付き説明したが、セラミックで形成しチタン合金酸化層を外側に被覆して薬品剤の影響を受けることなく圧力を検出ようにすることもできる。
【００２７】
また、高温計測用半導体式圧力センサ１０では、底部１１Ｂは、円周方向に沿って内側に溝１１ｄを設けるようにしたが、溝１１ｄの代わりにそれぞれ窪みを設けるようにすることもできる。さらに、溝１１ｄを底部１１Ｂの外側端部に設けることもできる。また、円筒部１１Ａと底部１１Ｂは、断面外周を円形形状にしたがこれに限定することなく、多角形状などにもすることができ、円筒部１１Ａは、断面外周が円形形状や多角形状の中空とすることができる。
【００２８】
また、ボディー本体部１１は、円筒部１１Ａと底部１１Ｂとをそれぞれ別体で形成し接合部１１ｅでロウ付けなどで接合するカップ形状のチタン合金とすることもできる。その場合、底部１１Ｂは、円筒部１１Ａに対し別体となっているため、感圧抵抗素子１４を積層した結晶質サファイア層１３を接合した後に円筒部１１Ａに接合することができ、ボディー本体部１１の組立をさらに容易にすることができる。
【００２９】
また、ボディー本体部１１は、チタン合金で形成する例に付き説明したが、底部１１Ｂはセラミックで形成しチタン酸化層を外側に被覆して、薬品剤の影響を受けることなく圧力を検出できるようにすることもできる。
【００３０】
さらに、高温計測用半導体式圧力センサ１０は、搬送管内を流れる気体や液体の流体圧力を検出することとしたが、これに限定されることなく、容器内の圧力を検出することもできる。
【００３１】
以上、高温計測用半導体式圧力センサ１０は、搬送管内に酸性物質やアルカリ性物質などの薬品剤を含む流体が流れても、ボディー本体部１１はチタン合金で形成しているため薬品剤の影響を受けることはなく、また、結晶質サファイア層１３と接合層１２も材質上薬品剤の影響を受けることはないため薬品剤の影響を受けることはなく、結晶質サファイア層１３は圧力を直接受け高感度で圧力を検出することができる。ネジ部１５もチタン合金で形成されているため、薬品剤の影響を受けることがない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の高温計測用半導体式圧力センサは、感圧抵抗素子を積層する結晶質サファイア層と、底部と円筒部とをチタン合金で一体に形成し前記底部に切欠部を設け前記結晶質サファイア層を内側に接合するボディー本体部とを備え、前記結晶質サファイア層を受圧部とし前記受圧部の外側にかかる圧力を検出することとしたため、圧力を検出する気体や液体の被圧力検出体に薬品剤が入っていてもその薬品環境下での影響を受けることなく高感度で高温の圧力を検出することができる。
【００３３】
また、感圧抵抗素子を積層する結晶質サファイア層と、円筒部とチタン合金の底部とを接合して形成し前記底部に切欠部を設け前記結晶質サファイア層を内側に接合するボディー本体部とを備え、前記結晶質サファイア層を受圧部とし前記受圧部の外側にかかる圧力を検出することとしたため、圧力を検出する気体や液体の被圧力検出体に薬品剤が入っていてもその薬品環境下での影響を受けることなく高感度で高温の圧力を検出することができる。また、感圧抵抗素子を積層した結晶質サファイア層を底部に接合した後に、円筒部と底部とを接合することができ、ボディー本体部の組立をさらに容易にすることができる。
【００３４】
また、前記底部は、円周方向に沿って内側もしくは外側に溝または窪みを設けることたしたため、撓みやすく高感度で圧力を検出することができる。
【００３５】
さらに、前記結晶質サファイア層は、銀または金を主成分としチタンを含有する接合層を介し前記底部に接合することとしたため、薬品環境下での影響を受けることなく、結晶質サファイア層と底部とを強い強度で確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる実施例の高温計測用半導体式圧力センサの断面図を示す。
【図２】従来の高温計測用半導体式圧力センサの取付外観図を示す。
【図３】従来の高温計測用半導体式圧力センサの断面図を示す。
【符号の説明】
１０ 高温計測用半導体式圧力センサ
１１ ボディー本体部
１１Ａ 円筒部
１１Ｂ 底部
１１ｃ 切欠部
１１ｄ 溝
１１ｅ 接合部
１２ 接合層
１３ 結晶質サファイア層
１４ 感圧抵抗素子
１５ ネジ部
Claims (3)
- 感圧抵抗素子を積層する結晶質サファイア層と、底部と円筒部とをチタン合金で一体に形成し、前記底部に前記結晶質サファイア層が直接圧力を受けるような切欠部を設け、前記結晶質サファイア層を前記底部の内側に接合するボディー本体部とを備え、
前記底部は、該底部を撓みやすくする溝または窪みを円周方向に沿って設け、
前記結晶質サファイア層を受圧部とし前記受圧部の外側にかかる圧力を検出する
ことを特徴とする高温計測用半導体式圧力センサ。 - 感圧抵抗素子を積層する結晶質サファイア層と、円筒部とチタン合金の底部とを接合して形成し、前記底部に前記結晶質サファイア層が直接圧力を受けるような切欠部を設け、前記結晶質サファイア層を前記底部の内側に接合するボディー本体部とを備え、
前記底部は、該底部を撓みやすくする溝または窪みを円周方向に沿って設け、
前記結晶質サファイア層を受圧部とし前記受圧部の外側にかかる圧力を検出する
ことを特徴とする高温計測用半導体式圧力センサ。 - 前記結晶質サファイア層は、銀または金を主成分としチタンを含有する接合層を介し前記底部に接合することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高温計測用半導体式圧力センサ。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2001051893A JP4828030B2 (ja) | 2001-02-27 | 2001-02-27 | 高温計測用半導体式圧力センサ |
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