JP6231812B2 - 静電容量型圧力センサ - Google Patents
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Description
粘性流;λ/L<0.01
中間流;0.01<λ/L<0.3
分子流;0.3<λ/L
第1の方式では、被測定流体が内周面側に導入され、この内周面側に導入された被測定流体が軸方向に設けられた各層の経路を通って外周面側に流出し、この外周面側に流出した被測定流体が合流してダイアフラムに送られるように、バッフル構造体を設置する。
第2の方式では、被測定流体が外周面側に導入され、この外周面側に導入された被測定流体が軸方向に設けられた各層の経路を通って内周面側に流出し、この内周面側に流出した被測定流体が合流してダイアフラムに送られるように、バッフル構造体を設置する。
〔実施の形態1:第1の方式(バッフル構造体の内周面側から外周面側へ被測定流体を通過させる方式)〕
図1はこの発明に係る静電容量型圧力センサの第1の実施の形態(実施の形態1)の要部を示す縦断面図である。
この隔膜真空計1(1A)では、導入部10Aからの被測定流体(気体)がセンサダイアフラム31aに到達し、この被測定流体の圧力と真空の容量室30Aとの差圧によってセンサダイアフラム31aが撓み、センサダイアフラム31aの裏面とセンサ台座32の内面との間に設けられている固定電極と可動電極との間隔が変化し、この固定電極と可動電極とで構成されるコンデンサの容量値(静電容量)が変化する。この静電容量の変化を隔膜真空計1の外部に取り出すことで、被測定流体の圧力が測定される。
この圧力の測定に際し、導入部10Aからの被測定流体(気体)は、バッフル構造体70を通過する。この場合、導入部10Aからの被測定流体(気体)は、バッフル構造体70の内周面側から外周面側へ通過し、合流してセンサダイアフラム31aへ送られる。
図8はこの発明に係る静電容量型圧力センサの第2の実施の形態(実施の形態2)の要部を示す縦断面図である。同図において、図1と同一符号は図1を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。
この実施の形態1の隔膜真空計1(1B)においても、圧力の測定に際し、導入部10Aからの被測定流体(気体)は、バッフル構造体80を通過する。この場合、導入部10Aからの被測定流体(気体)は、バッフル構造体80の外周面側から内周面側へ通過し、合流してセンサダイアフラム31aへ送られる。
(1)センサの応答速度を定める。真空計の場合、まずセンサ受圧部を真空に引いてセンサ出力をゼロとし、次に測定レンジのフルスケール圧力(P0)の気体をセンサ取り付け部から導入してからセンサ出力がフルスケールP0の63%まで応答する時間で与えられる。一般的に要求されるこの応答速度は計測回路の応答を加味した上で凡そ30〜100msecである。
(2)センサ受圧部のバッフル、即ち経路の出口からセンサダイアフラムまでの空間の体積Vを計算、若しくは実測して求める。
(3)スリットまたは細い穴1箇所あたりのコンダクダンスCを計算によって見積もる。
(4)初期圧力0の体積Vの空間にコンダクタンスCの複数の経路を並列にn本介してP0の圧力の気体を供給すると、容器内の圧力は時間t後にP=P0{1−exp(−nC/V)t}で与えられる。63%応答に要する時間は時定数V/nCに等しく、この値と回路の応答速度の和が1の要求されるセンサの応答速度よりも小さくなるようnを設定する。
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
Claims (9)
- 被測定流体の導入部を有するハウジングと、
前記導入部を通して導かれてくる被測定流体の圧力を受けて撓むダイアフラムの変化を静電容量の変化として検出するセンサチップと、
前記導入部と前記ダイアフラムとの間の前記被測定流体の通過経路の途中に設けられ前記被測定流体に含まれる汚染物質の前記ダイアフラムへの堆積を防止するバッフル構造体とを備え、
前記バッフル構造体は、
前記ダイアフラムの受圧面に直交する方向を軸方向として配置された一端が閉塞された筒状の構造体とされ、
前記筒状の構造体の内周面と外周面との間を貫通する前記被測定流体が流れる複数の経路が、前記軸方向に多数層設けられており、
前記軸方向に多数層設けられた複数の前記経路は、
前記ダイアフラムの受圧面に平行で、かつ前記筒状の構造体の軸心から放射状に延びている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 請求項1に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記バッフル構造体は、
前記被測定流体が前記内周面側に導入され、
この内周面側に導入された被測定流体が前記軸方向に設けられた各層の前記経路を通って前記外周面側に流出し、
この外周面側に流出した被測定流体が合流して前記ダイアフラムに送られるように設置されている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 請求項1に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記バッフル構造体は、
前記被測定流体が前記外周面側に導入され、
この外周面側に導入された被測定流体が前記軸方向に設けられた各層の前記経路を通って前記内周面側に流出し、
この内周面側に流出した被測定流体が合流して前記ダイアフラムに送られるように設置されている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 請求項1に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記経路は、
その幅が外周から内周に向かうにつれ次第に狭くなっている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 請求項1に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記経路は、
前記ダイアフラムの受圧面に平行な面内の形状が直線とされている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 請求項1に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記経路は、
前記ダイアフラムの受圧面に平行な面内の形状が非直線とされている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 請求項1又は2に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記バッフル構造体は、
前記ハウジングの導入部から送られてくる被測定流体を導く第1導入孔をその板面の中央部に有するトッププレートと、
前記トッププレートの第1導入孔を通って送られてくる被測定流体を導く第2導入孔をその板面の中央部に有するとともに、その板面上に複数の前記経路として形成された流路溝を有する流路形成プレートと、
前記流路形成プレートの前記ダイアフラム側の端面を閉塞する板面を有するベースプレートとを備え、
前記トッププレートと前記ベースプレートとの間に前記流路形成プレートが1枚以上積層され、
前記トッププレートと前記流路形成プレートと前記ベースプレートとが各板面を合わせて接合されている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 請求項1又は3に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記バッフル構造体は、
前記ハウジングの導入部から送られてくる被測定流体がその板面を貫通しないように閉塞された板面を有するトッププレートと、
その板面上に複数の前記経路として形成された流路溝を有し、前記トッププレートの閉塞された板面にガイドされて外周面側から前記流路溝に入り、この流路溝を通って送られてくる被測定流体を前記ダイアフラム側へと導く第2導入孔をその板面の中央部に有する流路形成プレートと、
前記流路形成プレートの第2導入孔を通って送られてくる被測定流体を前記ダイアフラム側へと導く第3導入孔をその板面に有するベースプレートとを備え、
前記トッププレートと前記ベースプレートとの間に前記流路形成プレートが1枚以上積層され、
前記トッププレートと前記流路形成プレートと前記ベースプレートとが各板面を合わせて接合されている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 請求項7に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記トッププレートは、
前記第1導入孔の開口部が複数の子孔に分割されている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
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