JP7319182B2 - 差圧計 - Google Patents

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本発明は、差圧計に関する。
差圧計は、ピエゾ抵抗素子が形成されたダイアフラム（メンブレン）の一方の面および他方の面の各々に、第１の小室および第２の小室を設け、第１の小室および第２の小室の２方向から受ける圧力の差を測定している（特許文献１参照）。第１の小室、第２の小室、およびこれらの小室の各々に接続する導管には、オイルなどの圧力伝達物質が充填され、圧力は、圧力伝達物質を介してダイアフラムに作用する。
特許第６１３０４０５号公報
しかしながら、上述した従来の差圧計では、静圧による悪影響が考慮されていないため、Ｓ／Ｎ比が低下するという問題があった。従来の差圧計では、ダイアフラムの面に平行な方向における、第１の小室の面積と第２の小室の面積とが異なっている。この場合、第１の小室に導入される圧力の作用する面積と、第２の小室に導入される圧力の作用する面積との差が大きいため、静圧が大きい場合、ダイアフラムが変形する。このように、差圧がないはずの状態であっても、ダイアフラムが変形するため、これがノイズとなり、Ｓ／Ｎ比が低下する。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、差圧計におけるＳ／Ｎ比の低下を抑制することを目的とする。
本発明に係る差圧計は、基台と、基台の上面に配置され、第１圧力室を形成する第１部品と、第１部品の上に配置され、平面視で、第１圧力室が形成された領域を含み、第１圧力室より広い第２圧力室を形成する第２部品と、第１部品と第２部品との間に配置されて、平面視で第１圧力室の領域に受圧部を有し、受圧部以外の領域の第２圧力室に一端側の開口を配置する第１貫通孔を形成するダイアフラム層と、第２圧力室の受圧部の側の第１領域と第１貫通孔の側の第２領域との間に、第２圧力室の内壁との間に隙間を備えて配置された壁とを備え、第１圧力室は、第１部品を貫通して形成され、第２圧力室は、ダイアフラム層の側に開口を有し、第１部品は、第１貫通孔に連続する第２貫通孔を形成し、基台は、第１圧力室に一端側の開口を配置する第３貫通孔、および第２貫通孔に連続する第４貫通孔を形成する。
上記差圧計の一構成例において、壁は、ダイアフラム層と、ダイアフラム層に向かい合う第２圧力室の天井とに連結して形成されている。
上記差圧計の一構成例において、壁は、ダイアフラム層と、ダイアフラム層に向かい合う第２圧力室の天井との間に隙間を形成している。
上記差圧計の一構成例において、壁は、壁を挟んで向かい合う第２圧力室の２つの側面の各々に連結して形成されている。
上記差圧計の一構成例において、ダイアフラムの受圧部に設けられた歪みゲージを備える。
以上説明したように、本発明によれば、第２圧力室の、受圧部の側の第１領域と第１貫通孔の側の第２領域との間に、第２圧力室の内壁との間に隙間を備えて壁を配置したので、差圧計におけるＳ／Ｎ比の低下が抑制できる。
図１は、本発明の実施の形態に係る差圧計の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る差圧計の構成を示す平面図である。
以下、本発明の実施の形態に係る差圧計について図１，図２を参照して説明する。この差圧計は、基台１０１と、基台１０１の上面に配置された第１部品１０２と、第１部品１０２の上に配置された第２部品１０３と、第１部品１０２と第２部品１０３との間に配置されたダイアフラム層１０４とを備える。第１部品１０２および第２部品１０３は、例えば、外形が直方体とされている。ダイアフラム層１０４は、膜状とされている。基台１０１は、例えば、ガラスから構成されている。第１部品１０２、第２部品１０３、およびダイアフラム層１０４は、例えば、Ｓｉから構成されている。なお、図２は、第２部品１０３のダイアフラム層１０４に向かい合う天井より下の平面を示している。
また、第１部品１０２は、第１圧力室１０５を形成し、第２部品１０３は、第２圧力室１０６を形成している。第１圧力室１０５は、第１部品１０２を貫通して形成されている。第１圧力室１０５は、例えば、平面視で矩形とされている。第２圧力室１０６は、ダイアフラム層１０４の側に開口を有している。第２圧力室１０６は、例えば、平面視で矩形とされている。また、第２圧力室１０６は、平面視で、第１圧力室１０５が形成された領域を含み、第１圧力室１０５より広い面積とされている。
また、ダイアフラム層１０４は、平面視で第１圧力室１０５の領域に受圧部１０７を有する。受圧部１０７は、第１圧力室１０５の空間により規定される、ダイアフラム層１０４の一部の領域である。受圧部１０７は、第１圧力室１０５の側、および第２圧力室１０６の側の各々に、撓む（変形する）ことが可能とされている。また、ダイアフラム層１０４には、受圧部１０７以外の領域の第２圧力室１０６に一端側の開口を配置する第１貫通孔１０９が形成されている。また、第１部品１０２には、第１貫通孔１０９に連続する第２貫通孔１１０が形成されている。また、基台１０１には、第１圧力室１０５に一端側の開口を配置する第３貫通孔１１１、および第２貫通孔１１０に連続する第４貫通孔１１２が形成されている。第３貫通孔１１１は、平面視で受圧部１０７の中央部（第１圧力室１０５の天井面の中央部）に配置されている。
第１圧力室１０５、第３貫通孔１１１には、圧力伝達物質が充填され、第２圧力室１０６、第１貫通孔１０９、第２貫通孔１１０、第４貫通孔１１２にも圧力伝達物質が充填されている。圧力伝達物質は、例えば、シリコーンオイルやフッ素オイルである。
また、実施の形態に係る差圧計は、第２圧力室１０６の内部に壁１０８が形成されている。壁１０８は、受圧部１０７の側の第１領域１２１と第１貫通孔１０９の側の第２領域１２２との間に、第２圧力室１０６の内壁との間に隙間を備えて形成されている。壁１０８は、第１領域１２１と第２領域１２２との間仕切りとなる。例えば、壁１０８は、ダイアフラム層１０４と、ダイアフラム層１０４に向かい合う第２圧力室１０６の天井とを連結して形成されている。このように形成された壁１０８の、ダイアフラム層１０４の平面方向の両脇に隙間が形成され、この隙間により、第２圧力室１０６の側の第１領域１２１と第２領域１２２とを連通している。
また、第２圧力室１０６の天井との間に隙間を形成するように壁１０８を形成し、この隙間で、第２圧力室１０６の側の第１領域１２１と第２領域１２２とが連通する構成とすることもできる。この構成においては、壁１０８を挟んで向かい合う第２圧力室１０６の２つの側面の各々に連結して形成することもできる。なお、壁１０８は、ダイアフラム層１０４に接して形成されている。
なお、ダイアフラム層１０４の受圧部１０７には、例えば、歪みゲージ１１３ａ、歪みゲージ１１３ｂ、歪みゲージ１１３ｃ、歪みゲージ１１３ｄが設けられている。歪みゲージ１１３ａ、歪みゲージ１１３ｂ、歪みゲージ１１３ｃ、歪みゲージ１１３ｄにより、受圧部１０７の歪みを計測する。歪みゲージ１１３ａ、歪みゲージ１１３ｂ、歪みゲージ１１３ｃ、歪みゲージ１１３ｄの各々は、例えば、複数のピエゾ抵抗素子から構成されている。
また、歪みゲージ１１３ａ、歪みゲージ１１３ｂ、歪みゲージ１１３ｃ、歪みゲージ１１３ｄは、ブリッジ回路を構成している。このブリッジ回路は、一定の電流が流れている、もしくは一定の電圧が印加されている状態において受圧部１０７に応力が発生したとき、発生した応力による各ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を電圧の変化として出力する差圧検出部として機能する。このブリッジ回路の各ノードは、ダイアフラム層１０４の図示しない領域の面に形成された配線パターンを介し、図示しない電極に接続されている。
上述した実施の形態によれば、第２圧力室１０６の第１領域１２１と第２領域１２２との間に、壁１０８を設けたので、第２圧力室１０６に導入される圧力１の作用する面積と、第１圧力室１０５に導入される圧力２の作用する面積との差を、小さくすることができる。このため、静圧が大きい場合であっても、ダイアフラム層１０４（受圧部１０７）の変形が抑制され、Ｓ／Ｎ比の低下が抑制できるようになる。例えば、壁１０８を設けない場合、静圧が印加されたときの歪みゲージ１１３ａで測定される電圧と歪みゲージ１１３ｃとで測定される電圧との差は、２９ｍＶとなる。これに対し、壁１０８を設けた実施の形態によれば、静圧が印加されたときの歪みゲージ１１３ａで測定される電圧と歪みゲージ１１３ｃとで測定される電圧との差が、０．５ｍＶにまで低下する。
以上説明したように、本発明によれば、第２圧力室の、受圧部の側の第１領域と第１貫通孔の側の第２領域との間に、第２圧力室の内壁との間に隙間を備えて壁を配置したので、差圧計におけるＳ／Ｎ比の低下が抑制できるようになる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
１０１…基台、１０２…第１部品、１０３…第２部品、１０４…ダイアフラム層、１０５…第１圧力室、１０６…第２圧力室、１０７…受圧部、１０８…壁、１０９…第１貫通孔、１１０…第２貫通孔、１１１…第３貫通孔、１１２…第４貫通孔、１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄ…歪みゲージ、１２１…第１領域、１２２…第２領域。

Claims (5)

  1. 基台と、
    前記基台の上面に配置され、第１圧力室を形成する第１部品と、
    前記第１部品の上に配置され、平面視で、前記第１圧力室が形成された領域を含み、前記第１圧力室より広い第２圧力室を形成する第２部品と、
    前記第１部品と前記第２部品との間に配置されて、平面視で前記第１圧力室の領域に受圧部を有し、前記受圧部以外の領域の前記第２圧力室に一端側の開口を配置する第１貫通孔を形成するダイアフラム層と、
    前記第２圧力室の、前記受圧部の側の第１領域と前記第１貫通孔の側の第２領域との間に、前記第２圧力室の内壁との間に隙間を備えて配置された壁と
    を備え、
    前記第１圧力室は、前記第１部品を貫通して形成され、
    前記第２圧力室は、前記ダイアフラム層の側に開口を有し、
    前記第１部品は、前記第１貫通孔に連続する第２貫通孔を形成し、
    前記基台は、前記第１圧力室に一端側の開口を配置する第３貫通孔、および前記第２貫通孔に連続する第４貫通孔を形成する
    ことを特徴とする差圧計。
  2. 請求項１記載の差圧計において、
    前記壁は、前記ダイアフラム層と、前記ダイアフラム層に向かい合う前記第２圧力室の天井とに連結して形成されていることを特徴とする差圧計。
  3. 請求項１記載の差圧計において、
    前記壁は、前記ダイアフラム層と、前記ダイアフラム層に向かい合う前記第２圧力室の天井との間に隙間を形成していることを特徴とする差圧計。
  4. 請求項３記載の差圧計において、
    前記壁は、前記壁を挟んで向かい合う前記第２圧力室の２つの側面の各々に連結して形成されていることを特徴とする差圧計。
  5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の差圧計において、
    前記ダイアフラム層の前記受圧部に設けられた歪みゲージを備えることを特徴とする差圧計。
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