JP7328112B2 - センサ素子 - Google Patents
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Description
また、本発明のセンサ素子の1構成例は、前記第2の圧力が伝達される前記絶対圧計測用またはゲージ圧計測用の第2のダイアフラムの第1の主面と反対側の第2の主面に配設された第1の基準室と、前記差圧計測用の第1のダイアフラムに前記第1の圧力を伝達する前記第1の圧力導入路を間に挟んで前記差圧計測用の第1のダイアフラムと対向するように配設された第6のダイアフラムと、前記第6のダイアフラムの前記第1の圧力導入路と向かい合う第1の主面と反対側の第2の主面に配設された第2の基準室とをさらに備え、前記第1、第2および第6のダイアフラムへの前記第1、第2の圧力の伝達を前記等価回路によって表したときに、前記第1の圧力の伝達経路と前記第2の圧力の伝達経路が対称である。
また、本発明のセンサ素子の1構成例は、前記第1の圧力伝達媒体の量と前記第2の圧力伝達媒体の量とが同じになるように、前記第1の圧力導入路の途中に設けられた液量調整室をさらに備えることを特徴とするものである。
図1は本発明の原理を説明するセンサ素子の断面図、図2は図1のセンサ素子のセンサチップの平面図、図3は図2のA-A線断面図、図4は図2のB-B線断面図である。センサ素子1は、ダイアフラムベース7と、ダイアフラムベース7上に搭載されたセンサチップ10とから構成される。
流路部材3には、基台2と流路部材3とが接合されたときに貫通孔20,21と連通する位置に、裏面から表面まで流路部材3を貫く圧力導入路となる貫通孔30,31が形成されている。また、流路部材3の感圧部材4と向かい合う表面には、一端が貫通孔30と連通し、流路部材3と感圧部材4とが接合されたときに他端が後述する凹陥部40と連通する圧力導入路となる溝32が形成されている。
ホイートストンブリッジ回路の構成については周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。
(A)静圧印加時の過渡差圧の発生。
(B)静圧印加時のゼロ点シフト。
以上のように、図1のセンサ素子1では、第1の圧力の伝達経路と第2の圧力の伝達経路が非対称となるため、(A)、(B)のような問題があった。本発明では、以下のように第1の圧力の伝達経路と第2の圧力の伝達経路を対称構造とすることにより、(A)、(B)の問題を解決する。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図6は本発明の第1の実施例に係るセンサ素子の平面図、図7は図6のA-A線断面図、図8は図6のB-B線断面図である。本実施例のセンサ素子1aは、ダイアフラムベースと、ダイアフラムベース上に搭載されたセンサチップ10aとから構成される。ダイアフラムベースについては、図1で説明したとおりであるので、記載を省略し、図1の符号を用いて説明する。
ダイアフラムベース7の凹陥部73と貫通孔71とは、前記第1の圧力導入路と連通してダイアフラム75が受けた第1の圧力を前記第1の圧力導入路およびダイアフラム42へと伝達する第3の圧力導入路を構成している。ダイアフラムベース7の凹陥部72と貫通孔70とは、前記第2の圧力導入路と連通してダイアフラム74が受けた第2の圧力を前記第2の圧力導入路およびダイアフラム43へと伝達する第4の圧力導入路を構成している。
図9から分かるように、本実施例のセンサ素子1aでは、溝35と凹陥部33とダミーダイアフラム34とを設けたことにより、第1の圧力の伝達経路と第2の圧力の伝達経路が対称構造となる。したがって、本実施例では、上記の(A)、(B)の問題を抑制しつつ、差圧と絶対圧とを同時に高感度に計測することができ、センサ素子の小型化が可能となる。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図10は本発明の第2の実施例に係るセンサ素子の平面図、図11は図10のA-A線断面図、図12は図10のB-B線断面図である。本実施例のセンサ素子1bは、ダイアフラムベースと、ダイアフラムベース上に搭載されたセンサチップ10bとから構成される。ダイアフラムベースについては、図1で説明したとおりであるので、記載を省略し、図1の符号を用いて説明する。
次に、本発明の第3の実施例について説明する。図13は本発明の第3の実施例に係るセンサ素子の平面図、図14は図13のA-A線断面図、図15は図13のB-B線断面図である。本実施例のセンサ素子1cは、ダイアフラムベースと、ダイアフラムベース上に搭載されたセンサチップ10cとから構成される。ダイアフラムベースについては、図1で説明したとおりであるので、記載を省略し、図1の符号を用いて説明する。
貫通孔21,31,47、溝53cおよび凹陥部50cは、ダイアフラム42の第1の主面(上面)およびダミーダイアフラム56の第1の主面(下面)に第1の圧力を伝達する第1の圧力導入路を構成している。貫通孔20,30,46、溝32,54および凹陥部40,51は、ダイアフラム42の第2の主面(下面)およびダイアフラム43の第1の主面(上面)に第2の圧力を伝達する第2の圧力導入路を構成している。
そこで、第1の圧力の伝達経路と第2の圧力の伝達経路が対称構造であるという前提条件が成立するのであれば、図16、図17に示すように、基台2の貫通孔21の径を貫通孔20の径よりも大きくして、第1のオイルの量と第2のオイルの量が同一になるか、もしくは第1のオイルの量と第2のオイルの量の差が小さくなるようにしてもよい。図17は図16のB-B線断面図である。
第2、第3の実施例では、第2の圧力のゲージ圧を計測することも可能である。図19は本発明の第4の実施例に係るセンサ素子の平面図、図20は図19のA-A線断面図、図21は図19のB-B線断面図である。本実施例のセンサ素子1dは、ダイアフラムベースと、ダイアフラムベース上に搭載されたセンサチップ10dとから構成される。ダイアフラムベースについては、図1で説明したとおりであるので、記載を省略し、図1の符号を用いて説明する。
Claims (5)
- センサチップとこのセンサチップの一面に接合されるダイアフラムベースから構成されるセンサ素子であって、
前記センサチップは、
第1の圧力と第2の圧力の差圧計測用の第1のダイアフラムと、
前記第2の圧力の絶対圧計測用またはゲージ圧計測用の第2のダイアフラムと、
前記第1のダイアフラムに前記第1の圧力を伝達する第1の圧力導入路と、
前記第1のダイアフラムと前記第2のダイアフラムに前記第2の圧力を伝達する第2の圧力導入路とを備え、
前記ダイアフラムベースは、
前記第1の圧力を有する計測対象の流体を直接受ける第3のダイアフラムと、
前記第2の圧力を有する計測対象の流体を直接受ける第4のダイアフラムと、
前記第1の圧力導入路と連通して前記第3のダイアフラムが受けた前記第1の圧力を前記第1の圧力導入路および前記第1のダイアフラムへと伝達する第3の圧力導入路と、
前記第2の圧力導入路と連通して前記第4のダイアフラムが受けた前記第2の圧力を前記第2の圧力導入路および前記第2のダイアフラムへと伝達する第4の圧力導入路とを備え、
前記第1の圧力導入路から前記第3の圧力導入路には、前記第1のダイアフラムに前記第1の圧力を伝達することが可能な第1の圧力伝達媒体が封入され、前記第2の圧力導入路から前記第4の圧力導入路には、前記第1のダイアフラムと前記第2のダイアフラムに前記第2の圧力を伝達することが可能な第2の圧力伝達媒体が封入されるとともに、
前記第1および第2の圧力伝達媒体の移動量を電荷によってモデル化し、前記第1および第2の圧力伝達媒体の流速を電流によってモデル化し、前記第1の圧力と前記第2の圧力を電圧によってモデル化し、前記第1~第4のダイアフラムのコンプライアンスをキャパシタンスでモデル化し、前記第1~第4の圧力導入路の流路抵抗を電気抵抗によってモデル化して、前記第1および第2のダイアフラムへの前記第1、第2の圧力の伝達を等価回路によって表したときに、前記第1の圧力の伝達経路と前記第2の圧力の伝達経路が対称である、センサ素子。 - 前記第2の圧力が伝達される前記絶対圧計測用またはゲージ圧計測用の第2のダイアフラムの第1の主面と反対側の第2の主面に配設された基準室と、
前記基準室を間に挟んで前記絶対圧計測用またはゲージ圧計測用の第2のダイアフラムと対向するように配設された第5のダイアフラムとをさらに備え、
前記第1の圧力導入路は、前記第5のダイアフラムの前記基準室と向かい合う第1の主面と反対側の第2の主面に前記第1の圧力を伝達し、
前記第1、第2および第5のダイアフラムへの前記第1、第2の圧力の伝達を前記等価回路によって表したときに、前記第1の圧力の伝達経路と前記第2の圧力の伝達経路が対称である、請求項1記載のセンサ素子。 - 前記第2の圧力が伝達される前記絶対圧計測用またはゲージ圧計測用の第2のダイアフラムの第1の主面と反対側の第2の主面に配設された第1の基準室と、
前記差圧計測用の第1のダイアフラムに前記第1の圧力を伝達する前記第1の圧力導入路を間に挟んで前記差圧計測用の第1のダイアフラムと対向するように配設された第6のダイアフラムと、
前記第6のダイアフラムの前記第1の圧力導入路と向かい合う第1の主面と反対側の第2の主面に配設された第2の基準室とをさらに備え、
前記第1、第2および第6のダイアフラムへの前記第1、第2の圧力の伝達を前記等価回路によって表したときに、前記第1の圧力の伝達経路と前記第2の圧力の伝達経路が対称である、請求項1記載のセンサ素子。 - 前記第1の圧力導入路に満たされる前記第1の圧力伝達媒体の量と、前記第2の圧力導入路に満たされる前記第2の圧力伝達媒体の量が同一である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のセンサ素子。
- 前記第1の圧力伝達媒体の量と前記第2の圧力伝達媒体の量とが同じになるように、前記第1の圧力導入路の途中に設けられた液量調整室をさらに備える、請求項4記載のセンサ素子。
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