JP6728329B2

JP6728329B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP6728329B2
Application number: JP2018501656A
Authority: JP
Inventors: 高橋　浩司; 浩司高橋; 山本　健太郎; 健太郎山本
Original assignee: Valcom Co Ltd
Current assignee: Valcom Co Ltd
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2037-02-20
Also published as: WO2017145966A1; CN108700480A; JPWO2017145966A1

Description

本発明は、温度の測定も可能な圧力センサに関する。

従来、ダイアフラム上に歪ゲージなどの圧力検出用ゲージが設けられた圧力センサに、温度を検出可能なセンサを設けることで、圧力と温度の測定を可能とするセンサが知られている（特許文献１，２参照）。ここで、圧力の測定精度を高めるためには、圧力検出用ゲージが適切に変形しなければならない。そのため、温度を検出可能なセンサの取り付け構造によっては、ダイアフラムの変形の妨げとなってしまい、圧力検出用ゲージの変形に悪影響が及ぼされる可能性がある。しかしながら、従来、そのような点に着目された技術は見当たらない。

実開昭６２−１７４２４７号公報特開２００８−３９７６０号公報

本発明の目的は、測定対象の温度の測定を可能としつつ、圧力の測定精度の低下を抑制可能とする圧力センサを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の圧力センサは、
中央に厚肉部を有し、該厚肉部の周囲に該厚肉部よりも肉厚の薄い薄肉部を有するダイアフラムと、
前記薄肉部における測定対象が接する面とは反対側の面に設けられる圧力検出用ゲージと、
前記厚肉部における測定対象が接する面とは反対側の面に設けられる感温素子と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、圧力検出用ゲージは、ダイアフラムにおける薄肉部上に設けられているため、圧力検出用ゲージが設けられている位置においては、ダイアフラムは変形し易い。従って、圧力検出用ゲージも変形し易く、圧力の測定精度が低下してしまうことを抑制できる。また、感温素子は、ダイアフラムにおける厚肉部に設けられているため、ダイアフラムが変形した状態においても、感温素子はダイアフラムの変形による影響を受け難い。なお、本発明の圧力センサは、歪ゲージ式の圧力センサと薄膜ゲージ式の圧力センサのいずれにも適用可能である。

また、本発明は、前記厚肉部には凹部が設けられ、該凹部の底に前記感温素子が設けられている。

これにより、感温素子は、測定対象に近づくため、温度の測定精度を高めることができる。

更に、本発明は、
前記感温素子を覆うカバーと、
前記カバーに対向する位置に設けられ、前記ダイアフラムが前記カバー側に向かって変形した際に、前記カバーに当接することで、前記ダイアフラムの変形量を規制するストッパと、
を備える。

これにより、ダイアフラムが変形し過ぎることを抑制でき、各部材の損傷を抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、測定対象の温度の測定を可能としつつ、圧力の測定精度の低下を抑制することができる。

図１は本発明の実施例１に係る圧力センサの概略構成図である。図２は本発明の実施例１に係る圧力センサのセンサ本体部の平面図である。図３は本発明の実施例１に係る圧力センサのセンサ本体部の模式的断面図である。図４は本発明の実施例２に係る圧力センサのセンサ本体部の平面図である。図５は本発明の実施例２に係る圧力センサの模式的断面図の一部である。図６は参考例に係る温度センサの概略構成図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例１に係る圧力センサについて説明する。図１は本発明の実施例１に係る圧力センサの概略構成図である。図２は本発明の実施例１に係る圧力センサのセンサ本体部の平面図である。図３は本発明の実施例１に係る圧力センサのセンサ本体部の模式的断面図である。なお、図３は図２のＡＡ断面図である。

＜圧力センサ＞
図１を参照して、圧力センサ１０の全体構成について説明する。圧力センサ１０は、センサ本体部１００と、センサ本体部１００のケース２００とを備えている。また、センサ本体部１００は、圧力表示装置４１０及び温度表示装置４２０に対して、複数の配線３００によって電気的に繋がっている。なお、図示の例においては、説明の便宜上、圧力表示装置４１０及び温度表示装置４２０をそれぞれ別々に備える場合を示している。しかしながら、一つの表示装置に圧力と温度の双方を表示させるようにしてもよい。また、図１においては、センサ本体部１００などの各部材について簡略的に示している。

＜センサ本体部＞
図２及び図３を参照して、本実施例に係る圧力センサ１０の要部であるセンサ本体部１００について説明する。センサ本体部１００は、金属製のダイアフラム１１０と、圧力を測定するための圧力検出用ゲージ（以下、ゲージ１２０と称する）と、温度を測定するための感温素子１３０とを備えている。

ダイアフラム１１０は、平面形状が円形の略円板部１１１と、円筒部１１２と、外向きフランジ部１１３とを一体に備えている。そして、略円板部１１１は、中央に設けられる厚肉部１１１ａと、この厚肉部１１１ａの周囲に設けられ、厚肉部１１１ａよりも肉厚の薄い薄肉部１１１ｂとを有している。円筒部１１２の外径は略円板部１１１の外径よりも小さい。また、外向きフランジ部１１３の外径は、略円板部１１１の外径よりも僅かに大きくなっている。この外向きフランジ部１１３の外周面１１３ａは、上述したケース２００の内周面に固定される。ただし、ダイアフラム１１０とケース２００とを一体としても構わない。

以上のように構成されるダイアフラム１１０により、略円板部１１１と円筒部１１２によって囲まれる空間（Ｓ）が形成される。この空間（Ｓ）内の測定対象の圧力に応じて、略円板部１１１が変形する。ここで、上記の通り、外向きフランジ部１１３の外径は、略円板部１１１の外径よりも僅かに大きく、略円板部１１１の外周面とケース２００の内周面との間には隙間が形成される。従って、ケース２００によって、略円板部１１１の変形が妨げられることはない。

そして、略円板部１１１の薄肉部１１１ｂにおける測定対象が接する面とは反対側の面にゲージ１２０が設けられている。ゲージ１２０は、周方向に対して等間隔に合計４か所に設けられている。４つのゲージ１２０によって、ブリッジ回路が構成される圧力センサ自体については、公知技術（例えば、特開２００２−１３１１５９号公報参照）であるので、その説明は省略する。そして、各ゲージ１２０は、上述した配線３００によって、それぞれ圧力表示装置４１０と電気的に繋がっている。圧力表示装置４１０においては、それぞれのゲージ１２０の歪み量に応じた電気信号（歪み量によって変化した抵抗値が電気量に変換されることで得られる電気信号）に基づいて得られた圧力を表示する。

また、略円板部１１１の厚肉部１１１ａにおける測定対象が接する面とは反対側の面に感温素子１３０が設けられている。感温素子１３０は温度を電気量に変換できる機能を備えている。この感温素子１３０は、上述した配線３００によって、温度表示装置４２０と電気的に繋がっている。温度表示装置４２０においては、感温素子１３０から送られる電気信号に基づいて得られた温度を表示する。なお、感温素子１３０は、放熱効果の高い放熱シリコン接着剤によって、厚肉部１１１ａに貼り付けられるのが望ましい。

＜本実施例に係る圧力センサの優れた点＞
本実施例に係る圧力センサ１０によれば、ダイアフラム１１０に感温素子１３０を設けたことにより、測定対象の圧力だけでなく、温度も測定することが可能となる。そして、ゲージ１２０は、ダイアフラム１１０における薄肉部１１１ｂ上に設けられている。そのため、ゲージ１２０が設けられている位置においては、ダイアフラム１１０は変形し易い。従って、ゲージ１２０も変形し易く、圧力の測定精度が低下してしまうことを抑制できる。また、感温素子１３０は、ダイアフラム１１０における厚肉部１１１ａに設けられているため、ダイアフラム１１０が変形した状態においても、感温素子１３０はダイアフラム１１０の変形による影響を受け難い。従って、ダイアフラム１１０が変形した状態においても、感温素子１３０は悪影響を受け難く、かつ感温素子１３０がダイアフラム１１０の変形を妨げてしまうことも抑制することができる。ここで、本実施例に係る圧力センサは、歪ゲージ式の圧力センサと薄膜ゲージ式の圧力センサのいずれにも適用可能である。歪ゲージ式の圧力センサの場合、ゲージ１２０として、フィルム状の歪ゲージが用いられる。歪ゲージは、ダイアフラム１１０における略円板部１１１上に貼り付けられることで、略円板部１１１に取付けられる。薄膜ゲージ式の圧力センサの場合、ゲージ１２０は、スパッタリングにより形成される。より具体的には、ダイアフラム１１０における略円板部１１１の表面上の全面に絶縁膜が形成され、この絶縁膜の上面に、スパッタリングによって、ゲージ１２０が形成される。

（実施例２）
図４及び図５には、本発明の実施例２が示されている。図４は本発明の実施例２に係る圧力センサのセンサ本体部の平面図である。図５は本発明の実施例２に係る圧力センサの模式的断面図の一部である。なお、図５中のセンサ本体部は図４中のＢＢ断面に相当する。なお、基本的な構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。

圧力センサの全体構成については、上記実施例１の場合と同様であるので、その説明は省略する。

本実施例に係る圧力センサの要部であるセンサ本体部１００ａは、金属製のダイアフラム１１０と、圧力を測定するためのゲージ１２０と、温度を測定するための感温素子１３０とを備えている。

そして、本実施例に係るダイアフラム１１０においては、略円板部１１１における厚肉部１１１ａには、凹部１１１ａａが設けられている。

以上のように構成されるダイアフラム１１０により、略円板部１１１と円筒部１１２によって囲まれる空間（Ｓ）が形成される。この空間（Ｓ）内の測定対象の圧力に応じて、略円板部１１１が変形する。ここで、上記の通り、外向きフランジ部１１３の外径は、略円板部１１１の外径よりも僅かに大きく、略円板部１１１の外周面とケース２００の内周面との間には隙間が形成される。従って、ケース２００によって、略円板部１１１の変形に支障が生じることはない。

そして、略円板部１１１の薄肉部１１１ｂにおける測定対象が接する面とは反対側の面にゲージ１２０が設けられている。ゲージ１２０は、周方向に対して等間隔に合計４か所に設けられている。ゲージ１２０については、上記実施例１で説明した通りであるので、その説明は省略する。

また、略円板部１１１の厚肉部１１１ａにおける測定対象が接する面とは反対側の面に感温素子１３０が設けられている。ここで、本実施例においては、厚肉部１１１ａに設けられた凹部１１１ａａの底に感温素子１３０が設けられている。なお、感温素子１３０自体の構成、及び温度表示装置と電気的に繋がっていることについては、実施例１で説明した通りである。また、本実施例においても、感温素子１３０は、放熱効果の高い放熱シリコン接着剤によって、厚肉部１１１ａに貼り付けられるのが望ましい。

更に、本実施例においては、ダイアフラム１１０の略円板部１１１に対して、感温素子１３０を覆うように金属製のカバー１４０が設けられている。また、ケース２００には、ストッパ５００が設けられている。このストッパ５００は、カバー１４０に対向する位置に設けられ、ダイアフラム１１０がカバー１４０側に向かって変形した際に、カバー１４０に当接することで、ダイアフラム１１０の変形量を規制する機能を発揮する。

以上のように構成された本実施例に係る圧力センサにおいても、上記実施例１の場合と同様の効果を得ることができる。また、本実施例に係る圧力センサにおいては、ダイアフラム１１０における厚肉部１１１ａには凹部１１１ａａが設けられ、この凹部１１１ａａの底に感温素子１３０が設けられている。これにより、感温素子１３０は、測定対象に近づくため、温度の測定精度を高めることができる。更に、本実施例に係る圧力センサにおいては、感温素子１３０を覆うカバー１４０と、ダイアフラム１１０がカバー１４０側に向かって変形した際に、カバー１４０に当接することで、ダイアフラム１１０の変形量を規制するストッパ５００が備えられている。従って、ダイアフラム１１０が変形し過ぎることを抑制でき、各部材の損傷を抑制することができる。なお、本実施例に係る圧力センサにおいても、歪ゲージ式の圧力センサと薄膜ゲージ式の圧力センサのいずれにも適用可能であることは言うまでもない。

（参考例）
図６を参照して、参考例に係る温度センサについて説明する。図６は参考例に係る温度センサの概略構成図である。この参考例に係る温度センサ５００は、環状のハウジング５１０と、ハウジング５１０の一端側（図中、下端側）の内周面に固定されるダイアフラム５２０とを備えている。この参考例に係るダイアフラム５２０おいては、上記実施例におけるダイアフラムとは異なり、円板状の部材により構成される。そして、ダイアフラム５２０における他端側の面に、感温素子５３０が設けられている。この感温素子５３０は温度を電気量に変換できる機能を備えている。この感温素子５３０は、配線５４０によって、温度表示装置５５０と電気的に繋がっている。温度表示装置５５０においては、感温素子５３０から送られる電気信号に基づいて得られた温度を表示する。なお、感温素子５３０は、放熱効果の高い放熱シリコン接着剤によって、ダイアフラム５２０に貼り付けられるのが望ましい。

以上のように構成される温度センサ５００は、測定対象物が収容されるタンクなどに取付けられる。ダイアフラム５２０のうち、感温素子５３０が設けられている側とは反対側に測定対象物が存在するように、温度センサ５００はタンクなどに取付けられる。従来、このような用途で用いられる温度センサにおいては、タンク内の測定対象物に向けて突出する突起状の部材により温度を測定する構造が採用されていた。これに対して、本参考例に係る温度センサ５００の場合には、測定対象側がダイアフラム５２０の平面であるため、異物が付着し難く、長期に亘り安定的に温度測定が可能となる利点がある。

１０圧力センサ
１００，１００ａセンサ本体部
１１０ダイアフラム
１１１略円板部
１１１ａ厚肉部
１１１ａａ凹部
１１１ｂ薄肉部
１１２円筒部
１１３外向きフランジ部
１１３ａ外周面
１２０ゲージ（圧力検出用ゲージ）
１３０感温素子
１４０カバー
２００ケース
３００配線
４１０圧力表示装置
４２０温度表示装置
５００ストッパ

Claims

中央に厚肉部を有し、該厚肉部の周囲に該厚肉部よりも肉厚の薄い薄肉部を有するダイアフラムと、
前記薄肉部における測定対象が接する面とは反対側の面に設けられる圧力検出用ゲージと、
前記厚肉部における測定対象が接する面とは反対側の面に設けられた凹部の底に設けられる感温素子と、
前記感温素子を覆うカバーと、
前記カバーに対向する位置に設けられ、前記ダイアフラムが前記カバー側に向かって変形した際に、前記カバーに当接することで、前記ダイアフラムの変形量を規制するストッパと、
を備えることを特徴とする圧力センサ。