JP6815910B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサに関する。

従来、圧力変動を検出する圧力センサとして、例えば、透孔又は凹部を有する基板と、通気孔を有する収納容器と、収納容器内に配設され、透孔又は凹部内で振動可能に基板に片持ち支持された圧電素子と、を具備した圧力センサが知られている（特許文献１参照）。

この圧力センサによれば、通気孔を介して収納容器内に伝わる圧力変動と、この圧力変動に遅れて追従する透孔又は凹部内部の圧力との差圧の大きさに応じて圧電素子が振動する。そのため、圧電素子の電圧変化に基づいて、収納容器に伝わる圧力変動を検出することが可能とされる。

特開平４−２０８８２７号公報

ところで、上記従来技術に係る圧力センサの検出感度は、圧電素子の形状や、透孔又は凹部の容積や、透孔又は凹部と収納容器内部との間を出入りする圧力伝達媒体の流量等に応じて変化する。しかしながら、圧電素子は、圧電体の両面に電極膜などを具備する両面電極構造を有するので、厚みを小さくすることに限界があり、大きな変形量を確保することが難しいという問題が生じる。このため、感度を増大させることが困難であった。

また、圧電素子の変形によって透孔の形状が変形することから、凹部と収納容器内との差圧と透孔又は凹部と収納容器内との間を出入りする圧力伝達媒体の流量とが正比例ではなくなる。このため、大きな圧力変化が生じた場合に、検出感度の線形性が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、圧力変動の検出を精度よく行うことができるとともに、検出感度の線形性向上することができる圧力センサを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための、本発明の圧力センサの第一の特徴は、測定対象圧力を伝達する圧力伝達媒体が流入するキャビティと、前記圧力伝達媒体を前記キャビティの内部と外部に流通させる連通開口と、が形成されたセンサ本体と、前記センサ本体の一部に設置され、前記キャビティの内部圧力と前記外部の圧力との差圧を測定する差圧センサと、前記センサ本体の一側面に設置され、かつ前記差圧センサの出力に基づいて前記キャビティの内部の圧力を可変する圧力制御部と、前記圧力制御部からの信号を処理する演算処理部と、を備えることを要旨とする。

かかる特徴によれば、キャビティ内部の圧力を制御することで、圧力変動の検出を精度よく行うことができるとともに、検出感度の線形性向上することができる。

また、本発明の圧力センサの第二の特徴は、前記差圧センサは、基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、かつ、前記基端部が前記センサ本体に片持ち状に支持され、前記先端部が前記連通開口に沿って配設された構造を有し、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、前記カンチレバーの撓み変形を測定する変位測定部と、を備えることを要旨とする。

また、本発明の圧力センサの第三の特徴は、前記圧力制御部は、前記キャビティと前記外部との差圧がゼロに近づくよう制御されることを要旨とする。

また、本発明の圧力センサの第四の特徴は、前記圧力制御部は、屈曲変形する駆動機構を有し、前記屈曲変形することにより前記キャビティの容積を可変することを要旨とする。
また、本発明の圧力センサの第五の特徴は、前記圧力制御部は、キャビティ内部の圧力伝達媒体の温度を可変する制御機構を有し、前記キャビティ内部の前記圧力伝達媒体の膨張もしくは収縮させることにより前記キャビティ内の圧力を可変することを要旨とする。
また、本発明の圧力センサの第六の特徴は、
前記演算処理部に接続された絶対圧センサを備え、前記絶対圧センサからの出力信号に基づいて取得された初期圧力に対する圧力変動を算出することを要旨とする。
また、本発明の圧力センサの第七の特徴は、前記演算処理部は、所定の圧力変動における圧力制御部からの出力信号により算出された補正値に基づいて、演算した結果を出力することを要旨とする。

本発明に係る圧力センサによれば、圧力変動の検出を精度よく行うことができるとともに、検出感度の線形性向上することができる圧力センサを提供することができる。

本発明の第一の実施形態に係る圧力センサの平面図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサの断面図である。 図１に示す圧力センサの変位測定部の出力の一例を示す図である。 図１に示す圧力センサの動作の一例を示す図である。 図１に示す圧力センサの圧力制御部の出力の一例を示す図である。 図１に示す圧力センサの動作の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の変形例１に係る圧力センサの断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例１に係る圧力センサの断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例２に係る圧力センサの断面図である。 本発明の第２の実施形態に示す補正値測定装置の構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る圧力センサの構成図である。

以下、本発明に係る圧力センサの実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
（全体構成）
図１は本発明の圧力センサ１の構成を示す平面図である。図２は、図１中に示すＡ−Ａ線での断面図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態の圧力センサ１は、所定の周波数帯域の圧力変動を検出するセンサである。圧力センサ１は、センサ本体３とカンチレバー４、変位測定部５、演算処理部６、圧力制御部７を備えている。
センサ本体３は、上方に開口する凹形状に形成された構造であり、例えば樹脂やセラミック、金属等で形成される。
カンチレバー４は、例えば、シリコン支持層２ａ、シリコン酸化膜等の酸化層２ｂ、およびシリコン活性層２ｃを熱的に張り合わせたＳＯＩ基板２を利用して形成されている。カンチレバー４は、ＳＯＩ基板２におけるシリコン活性層２ｃからなり、シリコン活性層２ｃを、平面視コ字状に形成されたギャップ１３で切り出すことで形成されている。これにより、基端部４ａを固定端とし、先端部４ｂを自由端とした片持ち梁構造を形成している。
変位測定部５は、カンチレバー４に設けられたピエゾ抵抗２０、ピエゾ抵抗２０に接続された配線部２１および検出回路２２から構成される。
演算処理部６は、圧力制御部７と変位測定部５の各々に接続された集積処理回路と、必要なプログラムや計算に必要な数値を記憶するメモリとから構成される。
圧力制御部７は、センサ本体３に設けられた駆動機構７１と駆動回路７２とから構成される。ここでは、例えば、駆動機構７１はバイモルフ型圧電アクチュエータ、駆動回路７２は、圧電アクチュエータに接続された可変電圧回路で構成する。
ここで、上記カンチレバー４を形成したＳＯＩ基板２と、センサ本体３とを一体的に固定する。このとき、カンチレバー４をセンサ本体３に形成された凹内部に囲うよう配置する。カンチレバー４は凹部開口を略閉塞するため、センサ本体３の凹内部は、キャビティ（空気室）１０として機能する。また、カンチレバー４周囲に設けられたギャップ１３により、圧力伝達媒体はキャビティ１０の内部と外部とを移動することが可能となる。このため、ギャップ１３は連通開口として機能する。
さらに、カンチレバー４は、基端部４ａを介してセンサ本体３における周壁部３ａの一部の上面に一体的に固定されることで、片持ち支持される。これにより、カンチレバー４は、基端部４ａを中心としてキャビティ１０の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形可能とされる。
カンチレバー４の基端部４ａには、平面視コ字状の貫通孔１５が形成されており、該カンチレバー４が撓み変形しやすい設計としている。ただし、この貫通孔１５の形状は、上記形状に限定されるものではない。
さらに、カンチレバー４の基端部４ａには、該カンチレバー４の撓み量（変位量）に応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗２０が、貫通孔１５を挟み込むように形成されている。これらピエゾ抵抗２０には、導電性材料からなる配線部２１が接続されており、この配線部２１およびピエゾ抵抗２０を含む全体的な形状が平面視Ｕ字状とされている。また、ピエゾ抵抗２０には、該ピエゾ抵抗２０の電気抵抗値変化に基づいてカンチレバー４の変位を測定する検出回路２２が接続されている。
上記構成により、検出回路２２を通じてピエゾ抵抗２０に所定電圧が印加されると、この電圧印加に起因する電流は、貫通孔１５を回り込むようにして、一方のピエゾ抵抗２０から配線部２１を経由して他方のピエゾ抵抗２０に流れる。そのため、検出回路２２は、カンチレバー４の変位（撓み変形）に応じて変化するピエゾ抵抗２０の電気抵抗値変化を電気的な出力信号として取り出すことが可能である。したがって、この出力信号（センサ出力）に基づいて、カンチレバー４の変位を測定でき、キャビティ内部と外部との差圧を検出することが可能となる。このため、カンチレバー４と変位測定部５は差圧センサとして機能する。
なお、上記ピエゾ抵抗２０は、例えばリン等のドープ剤（不純物）をイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。また、双方のピエゾ抵抗２０は配線部２１のみで電気的導通するよう形成している。そのため、図示していないが、配線部２１以外でピエゾ抵抗２０双方が導通しないよう、カンチレバー４周囲のシリコン活性層２ｃをエッチングしている。
また、上記ピエゾ抵抗２０は、圧電薄膜であってもよい。この場合、カンチレバー４の基端部４ｂに加わる応力に応じて、起電力が発生する。この起電力を検出することで、カンチレバー４の変位を検出することが可能である。
さらに、圧力制御部７の駆動機構７１は、その外周部をセンサ本体３に固定されており、駆動回路７２からの信号により、駆動機構７１はキャビティ１０内部に向かって凸状もしくは凹状に変形する。このため、駆動機構７１の変形によってキャビティ１０の容積および圧力を変化させることが可能である。
また、演算処理部６は、圧力制御部７からの出力信号に基づいて所定の演算処理を行い、最終的に圧力センサ１の出力信号を生成し、出力する機能を有する。
（圧力センサの動作）
まず、圧力制御部７を駆動しない場合の圧力センサ１の動作について、図３及び図４を用いて説明する。
初めに、図３に示す期間Ａのように、キャビティ１０の外部の圧力（以下、外圧Ｐｏｕｔ）と、キャビティ１０内部の圧力（以下、内圧Ｐｉｎ）との圧力差がゼロである場合には、図４（Ａ）に示すように、カンチレバー４は撓み変形しない。
ここで、図３（Ａ）に示す時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、例えば外圧Ｐｏｕｔがステップ上に上昇すると、キャビティ１０の外部と内部との間に差圧が生じるので、図４（Ｂ）に示すようにカンチレバー４はキャビティ１０内部に向けて撓み変形する。
すると、カンチレバー４の撓み変形に応じてピエゾ抵抗２０に歪が生じ、電気抵抗値が変化するので、図３（Ｂ）に示すように変位測定部５の出力が増大する。
また、外圧Ｐｏｕｔの上昇以降、ギャップ１３を介してキャビティ１０の外部から内部へと圧力伝達媒体が流動するので、図３（Ａ）に示すように、内圧Ｐｉｎが時間の経過とともに外圧Ｐｏｕｔよりも遅れながら、かつ外圧Ｐｏｕｔの変動よりも緩やかな応答で上昇する。
これにより、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔに徐々に近づくので、キャビティ１０の外部と内部との圧力が均衡状態になり始め、カンチレバー４の撓みが徐々に小さくなり、図３（Ｂ）に示すように変位測定部５の出力が徐々に低下する。
そして、図３（Ａ）に示す時刻ｔ２以降の期間Ｃのように、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔに等しくなると、図４（Ｃ）に示すように、カンチレバー４の撓み変形が解消されて元の状態に復帰し、図３（Ｂ）に示すように、変位測定部５の出力が再びゼロになる。
このように、カンチレバー４の変位に基づいた変位測定部５の出力信号の変動をモニタすることで、キャビティ内部と外部の差圧変化を検出することができる。
特に、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃを利用して半導体プロセス技術によりカンチレバー４を形成できるので、従来の圧電素子に比べて薄型化（例えば、数十〜数百ｎｍ）し易い。したがって、カンチレバー４を非常に低剛性で構成できるため、微小な差圧の変動を精度よく検出することができる。
次に、圧力制御部７を駆動させた場合の圧力センサ１の動作について、図５及び図６を用いて説明する。
前述同様に、図５の期間Aのように外圧Ｐｏｕｔと内圧Ｐｉｎとの圧力差がゼロである場合は、カンチレバー４は変形せず、圧力制御部７の駆動機構７１も変形しない（図６（Ａ）参照）。
ここで、図５の時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、外圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇したとする。ここで、カンチレバー４は外圧Ｐｏｕｔと内圧Ｐｉｎの差圧によりキャビティ１０内部に撓み変形を始める。この時、カンチレバー４に接続された変位測定部５と演算処理部６（図示省略）を経て生成された信号に基づいて、圧力制御部７はカンチレバー４の変形をできるかぎり小さくするよう制御する。具体的には、変位機構７１がキャビティ１０内部へと変形することで、内圧Ｐｉｎを上昇させ、外圧Ｐｏｕｔとの差圧を発生させないようにする（図６（Ｂ）参照）。このとき、圧力制御部の出力は、外圧Ｐｏｕｔの上昇に合わせて差圧Ｐｉｎを上昇させようとするので、時刻ｔ１から大きく上昇することとなる。そして、外圧Ｐｏｕｔの上昇に差圧Ｐｉｎが追い付くと、そのまま維持しようとすることになり（図６（Ｃ）参照）、圧力制御部の出力はほぼ平坦な出力となる。
なお、この時の変位機構７１の変形量の制御は、カンチレバー４の変形量（すなわち変位測定部５の出力信号）に基づいて行う。つまり、カンチレバー４の変形が発生しないよう、変位機構７１を変形させることとなる。
このため、変位測定部５の出力信号と異なり、圧力制御部７の出力は外圧Ｐｏｕｔの動きと非常に類似した動きとなる。したがって、圧力制御部７の出力信号を検出することで、外圧Ｐｏｕｔの変動を検出することが可能となる。
また、カンチレバー４はほとんど撓み変形することがなく、ギャップ１３の形状が大きく変化することがない。つまり、外圧Ｐｏｕｔと内圧Ｐｉｎとの差圧が発生せず、キャビティ１０内外を移動する圧力伝達媒体の流量がほぼゼロとなる。これにより、圧力制御部７の出力と外圧Ｐｏｕｔとは線形性を有するため、圧力検出感度の線形性を向上することが可能となる。
（演算処理部の動作）
次に、演算処理部６の動作について、説明する。

演算処理部６の役割は、主に２つある。一つは、変位測定部５の出力信号に基づいて圧力制御部７への出力信号を生成すること、もう一つは圧力制御部７の出力信号から外圧Ｐｏｕｔを算出して、圧力センサ１の出力信号として出力することである。

まず、圧力制御部７への出力信号の生成について述べる。

前述したように、カンチレバー４が変形しないように圧力制御部７を動作させる必要がある。具体的には、カンチレバー４の変形量に対応する変位測定部５の出力信号を読み込み、これを変位ゼロの場合の変位測定部５の出力との差分を算出、ゲイン調整を行い、圧力制御部７に出力することを、ごく短い所定時間間隔で繰り返すというサーボ制御を行う。この圧力制御部７の動作により、変位測定部５の出力値の変動は小さくなり、カンチレバー４は撓み変形しなくなる。なお、演算処理部６は、この処理に使用する変位ゼロの場合の変位測定部５の出力値や初期ゲイン値等をメモリに格納しておくものとする。

次に、外圧Ｐｏｕｔの算出について述べる。

測定初期の外圧Ｐｏｕｔ（ｔ＝０）、キャビティ１０の容積Ｖ（ｔ＝０）とし、各時刻ｔにおける外圧Ｐｏｕｔ（ｔ）、キャビティ１０の容積Ｖ（ｔ）とする。

まず、圧力制御部７の出力信号からキャビティ容積Ｖ（ｔ）を求める。これは予めメモリ内に格納された圧力制御部７の出力信号とキャビティ容積Ｖとのテーブルから、必要なキャビティ容積Ｖ（ｔ）を読み出す。

次に、ボイルの法則からＰｏｕｔ（ｔ）×Ｖ（ｔ）＝Ｐｏｕｔ（ｔ＝０）×Ｖ（ｔ＝０）であるため、各時刻ｔにおける外圧は、以下の式で求めることができる。

Ｐｏｕｔ（ｔ）＝Ｐｏｕｔ（ｔ＝０）×Ｖ（ｔ＝０）／Ｖ（ｔ）
このため、求めたＶ（ｔ）とメモリ内に格納されたＰｏｕｔ（ｔ＝０）とＶ（ｔ＝０）を読み出し、各時刻ｔにおける外圧Ｐｏｕｔ（ｔ）を求めることができる。

この値に基づいて、演算処理部６は出力信号を生成する。

以上により、演算処理部６により、圧力制御部７の動作を制御することができるため、外圧Ｐｏｕｔと内圧Ｐｉｎをほぼ等しく保つことができる。同時に、圧力制御部７の出力信号から外圧Ｐｏｕｔを算出し、演算処理部６の出力信号とすることができる。
なお、駆動機構７１の可動範囲を超えて、外圧Ｐｏｕｔが変化した場合、演算処理部６からエラー信号を出力して、駆動機構７１を原点復帰させた後、前述同様に圧力制御部７の制御を開始することとする。これにより、エラー信号出力前後での、外圧Ｐｏｕｔの変動は連続的に測定できないものの、エラー信号前とエラー信号後各々の期間において、外圧Ｐｏｕｔの圧力変動を時系列で測定することが可能となる。また、非常に急激な圧力変化が圧力センサ１に加わった場合に、圧力制御部７の動作によってカンチレバー４に急激な差圧が加わることを抑制することができる。これによりカンチレバー４の破損を防止することも可能となる。
上述したように、本実施形態の圧力センサ１によれば、圧力変動の検出を精度よく行うことができるとともに、検出感度の線形性向上することが可能となる。
（変形例１）
本発明に係る第一の実施形態の圧力センサ１では、圧力制御部７の構成にバイモルフ型圧電アクチュエータを利用したが、それ以外の構成でも圧力センサ１を構成可能である。

以下、圧力制御部７の駆動機構７１の構成例について説明する。

図７に、薄膜状のメンブレン７０をアクチュエータ７１ａで駆動する構成を示す。キャビティ１０を二分してメンブレン７０を構成し、このメンブレン７０を直動のアクチュエータ７１ａで駆動する。アクチュエータ７１ａは積層型圧電素子や、直動式ボイスコイルモーター、ネジとモーター等で構成することが可能である。メンブレン７０は変形領域が大きく、あまり剛性が高くないほうが望ましいが、アクチュエータ７１ａで屈曲変形させることが可能であれば構成可能である。

本構成の圧力センサ１の動作原理は、前述同様、アクチュエータ７１ａを演算処理部６からの信号に基づいて駆動し、内圧Ｐｉｎと外圧Ｐｏｕｔとの差圧が発生しないよう制御する。この時の駆動回路７２の出力信号に基づいて、演算処理部６が演算処理を行い、外圧Ｐｏｕｔの圧力変動を算出するものである。

また、可動部のない圧力制御部７でも、本発明の圧力センサ１の動作は実現可能である。圧力制御部７を、キャビティ１０内部に設置した熱源と温度センサ７４、熱源の動作を制御する駆動回路７２とで構成する。熱源は電熱線やセラミックヒーター等でも実施可能であるが、例えば、図８に示すように、加熱／冷却可能なペルチエ素子７３を利用したほうが、制御は容易である。

ここで、図８に示す圧力制御部７による内圧Ｐｉｎの制御原理について説明する。

キャビティ１０内の圧力伝達媒体は、内部の温度Ｔｉｎにより膨張／収縮する。ボイル・シャルルの法則により、Ｐｉｎ／Ｔｉｎは一定であるため、温度によりＰｉｎを制御することができる。したがって以下の式でＰｉｎを求めることができる。

Ｐｉｎ（ｔ）＝Ｐｉｎ（ｔ＝０）×Ｔｉｎ（ｔ）／Ｔｉｎ（ｔ＝０）
Ｐｉｎ（ｔ）はＰｏｕｔ（ｔ）とほぼ同じであるため、温度制御と計測によって外圧Ｐｏｕｔの圧力変動を測定することができる。

なお、キャビティ１０内部の温度を測定する温度センサ７４は、熱源を設置するセンサ本体３ではなく、カンチレバー４を構成するＳＯＩ基板２に設置するほうが望ましい。これは、熱源からの熱エネルギーはキャビティ１０内部の圧力伝達媒体を伝達するよりセンサ本体３を伝導するほうが早いため、温度センサ７４の出力値が測定対象のキャビティ１０内の温度ではなく、センサ本体３の温度を測定してしまう恐れがあるためである。設計上の都合等でセンサ本体３に温度センサ７４を設置する場合、センサ本体３を熱伝導の低い物質で形成するほうが望ましい。

なお、熱膨張／収縮を利用する圧力制御部７を用いる構成を利用するには、温度による膨張／収縮率が大きいほうが実施容易であるため、圧力伝達媒体は気体であることが望ましい。
（変形例２）
本発明に係る第一の実施形態の圧力センサ１では、差圧センサとして薄膜のカンチレバー４を用いたが、それ以外の構成でも圧力センサ１を構成可能である。

図９に、差圧センサとして熱式差圧センサ９を利用した圧力センサ１を示す。

熱式差圧センサ９は、流路９１と、流路９１内部に設けられたヒーター９２、ヒーター９２に一定距離を離して設置した温度センサ９３、検出回路２２とからなる。熱式差圧センサ９は、センサ本体３内部に構成されたキャビティ１０と外部とが両端になるよう、流路９１を設置する。流路９１内部にはヒーター９２が設けられており、このヒーター９２により加熱された圧力伝達媒体の温度が上昇することとなる。このため、流路９１内部で圧力伝達媒体が移動すると、加熱された圧力伝達媒体も移動することとなる。このため、移動方向の下流側の温度センサ９３で検知する温度の方が、上流側より高温を検知することとなる。この二つの温度センサで検知する温度差によって、流路９１内の圧力伝達媒体の移動量を測定することができるものである。

圧力センサ１において、圧力伝達媒体がキャビティ１０内部−外部間で移動するには、流路９１を経由することとなる。このため流路９１は連通開口として機能する。この圧力伝達媒体の移動量は、キャビティ１０の内圧Ｐｉｎと外圧Ｐｏｕｔとの差圧に起因するため、両者の物理量には相関関係がある。この差圧が発生しないよう、すなわち、二つの温度センサ９３が検知する温度に差がないよう圧力制御部７を駆動することにより、上述同様、外部の圧力変動を測定することが可能となる。

なお、センサ本体３は、外部の温度により膨張収縮すると、内部のキャビティ１０の容積も変化してしまうため、線膨張係数の小さい材質で形成することが望ましい。
（第２の実施形態）
以下、本発明に係る第２の実施形態の圧力センサ１について説明する。第１の実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

第１の実施形態と異なる点は、予め、既知の外圧Ｐｏｕｔを加えた場合の、圧力制御部７の出力を測定しておき、圧力制御部７の出力から正確に外圧Ｐｏｕｔの変動値を算出する関係式を演算処理部が有する点である。

上述した連通開口を有する差圧センサを用いて外圧Ｐｏｕｔと内圧Ｐｉｎの差圧を検出する方式では、キャビティ１０内外を移動する圧力伝達媒体の流量をゼロに近づけることはできるが、ゼロにすることはできない。このため、内圧Ｐｉｎの挙動は圧力制御部７の動作と、ギャップ１３や流路を経由してキャビティを出入りする圧力伝達媒体とが関与することになる。

上述したように、圧力制御部７の動作だけで内圧Ｐｉｎを求め、これと同値である外圧Ｐｏｕｔであると仮定して出力すると、実際の外圧Ｐｏｕｔの挙動とは誤差が生じることとなる。

このため、図１０に示すような補正値測定装置５０を用いて、出荷前に補正値を計測しておき、補正した信号を出力するようにしたものである。

補正値測定装置５０は、圧力容器５１とポンプ５２、補正用圧力センサ５３、補正値演算処理回路５４とから構成される。

圧力容器５１内に本発明の圧力センサ１と補正用圧力センサ５３を設置し、圧力容器５１とポンプ５２を接続する。補正値演算処理回路５４は、圧力センサ１とポンプ５２、補正用圧力センサ５３各々と接続する。

補正演算処理装置５４からの信号により、ポンプ５２が駆動し、圧力容器５１内に所定の圧力変動を生成する。この時の圧力変動により出力される圧力センサ１と補正用圧力センサ５３各々の信号に基づいて、補正値演算処理回路５４が圧力センサ１の補正値を算出し、圧力センサ１に出力する。処理の一例として、この時の圧力センサ１と補正用圧力センサ５３との出力を比較して、誤差を算出し、この値を補正値として、圧力センサ１の演算処理部６のメモリに格納させる。

なお、発生させる圧力変動の変化勾配や圧力センサ１のサンプリングによっても補正値が異なることから、ポンプ５２で発生させる圧力変動は複数パターンで行い、その条件に応じた補正値を複数計測することが望ましい。

実際に圧力センサ１の出力信号を演算する際には、補正値を利用して演算した結果を出力する。

これにより、キャビティ１０内外を出入りする圧力伝達媒体の流量が常にゼロでなくても、正確な外圧Ｐｏｕｔの変動を測定することが可能となる。
（第３の実施形態）
以下、本発明に係る第３の実施形態の圧力センサ１について、図１１を用いて説明する。第１及び第２の実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

第１及び第２の実施形態と異なる点は、演算処理部６に絶対圧センサ８を接続し、外圧Ｐｏｕｔの絶対圧力値を測定する構成を別途有する点である。

前述までの構成では、測定初期の外圧Ｐｏｕｔや演算処理部６に格納された大気圧を基準にして、そこからの圧力変動を測定し、出力する構成となっていた。ここで、絶対圧センサ８の出力を利用して、必要に応じて基準圧を設定し、絶対圧である基準圧に対する外圧Ｐｏｕｔの圧力変動を測定、出力することが可能となる。

具体的には、圧力センサ１の起動時やユーザーインターフェース（図示省略）からの入力時、エラー発生時等に、まず、圧力制御部７の駆動機構７１を初期状態に復帰させる。圧力センサ１の時定数以上の時間を待機し、その後、演算処理部６が絶対圧センサ８の出力信号を測定し、その瞬間の外圧Ｐｏｕｔを絶対圧で取得する。この後、前述同様に、圧力制御部７を駆動し、演算処理部６で処理を行い、出力する。

上記の動作により、圧力センサ１の出力は、絶対圧センサ８で取得した絶対圧に対する圧力変動として測定することが可能となり、より情報量の多い圧力変動を測定することが可能となる。
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。また、上述した各実施形態を適宜組み合わせて採用することも可能である。

１ 圧力センサ
２ ＳＯＩ基板
３ センサ本体
４ カンチレバー
４ｂ カンチレバーの先端部
４ａ カンチレバーの基端部
５ 変位測定部
６ 演算処理部
７ 圧力制御部
８ 絶対圧センサ
９ 熱式差圧センサ
１０ キャビティ
２０ ピエゾ抵抗
２２ 検出回路
５０ 補正値測定装置
５１ 圧力容器
５２ ポンプ
５３ 補正用圧力センサ
５４ 補正値演算処理回路
７１ 駆動機構
７２ 駆動回路
７３ ペルチエ素子
７４ 温度センサ
９１ 流路
９２ ヒーター
９３ 温度センサ

Claims (6)

1. 測定対象圧力を伝達する圧力伝達媒体が流入するキャビティと、前記圧力伝達媒体を前記キャビティの内部と外部に流通させる連通開口と、が形成されたセンサ本体と、
   前記センサ本体の一部に設置され、前記キャビティの内部圧力と前記外部の圧力との差圧を測定する差圧センサと、
   前記センサ本体の一側面に設置され、かつ前記差圧センサの出力に基づいて前記キャビティの内部の圧力を可変する圧力制御部と、
   前記圧力制御部からの信号を処理する演算処理部と、
   を備える圧力センサであって、
   前記演算処理部に接続された絶対圧センサをさらに備え、
   前記絶対圧センサからの出力信号に基づいて取得された初期圧力に対する圧力変動を算出することを特徴とする圧力センサ。
2. 測定対象圧力を伝達する圧力伝達媒体が流入するキャビティと、前記圧力伝達媒体を前記キャビティの内部と外部に流通させる連通開口と、が形成されたセンサ本体と、
   前記センサ本体の一部に設置され、前記キャビティの内部圧力と前記外部の圧力との差圧を測定する差圧センサと、
   前記センサ本体の一側面に設置され、かつ前記差圧センサの出力に基づいて前記キャビティの内部の圧力を可変する圧力制御部と、
   前記圧力制御部からの信号を処理する演算処理部と、
   を備える圧力センサであって、
   前記演算処理部は、所定の圧力変動における圧力制御部からの出力信号により算出された補正値に基づいて、演算した結果を出力することを特徴とする圧力センサ。
3. 前記差圧センサは、基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、かつ、前記基端部が前記センサ本体に片持ち状に支持され、前記先端部が前記連通開口に沿って配設された構造を有し、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
   前記カンチレバーの撓み変形を測定する変位測定部と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記圧力制御部は、前記キャビティと前記外部との差圧がゼロに近づくよう制御されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
5. 前記圧力制御部は、屈曲変形する駆動機構を有し、前記屈曲変形することにより前記キャビティの容積を可変することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧力センサ。
6. 前記圧力制御部は、キャビティ内部の圧力伝達媒体の温度を可変する制御機構を有し、前記キャビティ内部の前記圧力伝達媒体の膨張もしくは収縮させることにより前記キャビティ内の圧力を可変することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧力センサ。

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