JPH0138509Y2 - - Google Patents
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- JPH0138509Y2 JPH0138509Y2 JP18123583U JP18123583U JPH0138509Y2 JP H0138509 Y2 JPH0138509 Y2 JP H0138509Y2 JP 18123583 U JP18123583 U JP 18123583U JP 18123583 U JP18123583 U JP 18123583U JP H0138509 Y2 JPH0138509 Y2 JP H0138509Y2
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- Japan
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- measurement
- diaphragm
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- capacitance
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- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 19
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
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- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
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Description
【考案の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本考案は、圧力センサに関するものである。
更に詳述すれば、本考案は静電容量形の圧力セ
ンサに関するものである。
ンサに関するものである。
静電容量形の圧力センサの小型化を実現するに
は、電極間距離の極小化が必要である。この場
合、電極間の距離が小さいので、温度変化等の外
乱によつて電極間距離が変化するのを無視するこ
とができない。従来、この変化によるゼロシフト
を補償する目的で、圧力測定電極と基準比較電極
との二個の電極を設けてこれを演算して補償する
ようにしていた。
は、電極間距離の極小化が必要である。この場
合、電極間の距離が小さいので、温度変化等の外
乱によつて電極間距離が変化するのを無視するこ
とができない。従来、この変化によるゼロシフト
を補償する目的で、圧力測定電極と基準比較電極
との二個の電極を設けてこれを演算して補償する
ようにしていた。
第1図は従来より一般に使用されているこの種
の静電容量形の圧力センサの構成説明図で、Aは
正面図、Bは平面図である。第1図は、たとえ
ば、ナシヨナル・テクニカル・レポート
(National Technical Report.)松下電器産業発
行Vol.29 No.1 1983 P128「自動車用静電容量
型圧力センサ」に示されている。
の静電容量形の圧力センサの構成説明図で、Aは
正面図、Bは平面図である。第1図は、たとえ
ば、ナシヨナル・テクニカル・レポート
(National Technical Report.)松下電器産業発
行Vol.29 No.1 1983 P128「自動車用静電容量
型圧力センサ」に示されている。
図において、1は本体ボデー、2は本体ボデー
1に設けられ測定流体Pnが導入口3を通じて導
入される測定室である。4は測定室2に対向して
本体ボデーに設けられ基準流体Psが、導入口5を
通じて導入される基準室である。基準室4は、一
般には、絶対圧を測定する場合には真空に、ゲー
ジ圧を測るには大気圧に保たれる。6は測定室2
と基準室4とに挟まれ本体ボデー1に形成された
測定ダイアフラムである。7は測定ダイアフラム
6の表面に形成された移動電極である。8は移動
電極7に対向して測定室2の導入口3の周囲にリ
ング状に設けられ移動電極7と測定静電容量CMe
を構成する測定固定電極である。9は測定電極8
の周囲にリング状に設けられ移動電極7と比較静
電容量CReを構成する比較固定電極である。
1に設けられ測定流体Pnが導入口3を通じて導
入される測定室である。4は測定室2に対向して
本体ボデーに設けられ基準流体Psが、導入口5を
通じて導入される基準室である。基準室4は、一
般には、絶対圧を測定する場合には真空に、ゲー
ジ圧を測るには大気圧に保たれる。6は測定室2
と基準室4とに挟まれ本体ボデー1に形成された
測定ダイアフラムである。7は測定ダイアフラム
6の表面に形成された移動電極である。8は移動
電極7に対向して測定室2の導入口3の周囲にリ
ング状に設けられ移動電極7と測定静電容量CMe
を構成する測定固定電極である。9は測定電極8
の周囲にリング状に設けられ移動電極7と比較静
電容量CReを構成する比較固定電極である。
以上の構成において、測定室2に測定流体Pn
が導入されると、測定静電容量CMeと比較静電容
量CReは下記の如くなり、これを演算することに
より出力Vputは下記の如くなる。
が導入されると、測定静電容量CMeと比較静電容
量CReは下記の如くなり、これを演算することに
より出力Vputは下記の如くなる。
CMe=εS/dMe+x
CRe=εS/dRe
Vput=CRe/CMe=dMe+x/dRe ……(1)
ε;誘電率
S;電極面積
d;電極間距離
x;圧力によるダイアフラムの変位。
この出力Vputは電極間の距離が測定電極dMeと
比較電極dRe共に同じ変化がある場合に、ゼロシ
フトを生じない特長を有するが、出力Vputにx/
dReが存在するために、スパンシフトが生じてし
まう。
比較電極dRe共に同じ変化がある場合に、ゼロシ
フトを生じない特長を有するが、出力Vputにx/
dReが存在するために、スパンシフトが生じてし
まう。
また、実際に製作する場合においては、電極間
距離dを設計値通りに作ることは難しく、圧力感
度の異なるセンサが出来てしまう可能性が大き
い。
距離dを設計値通りに作ることは難しく、圧力感
度の異なるセンサが出来てしまう可能性が大き
い。
本考案は、この問題点を解決するものである。
本考案の目的は、温度等の外乱によつて電極間
距離の変化が生じても、ゼロシフト、スパンシフ
トが生じない圧力センサを提供するにある。
距離の変化が生じても、ゼロシフト、スパンシフ
トが生じない圧力センサを提供するにある。
この目的を達成するために、本体ボデーに設け
られた固定容量電極と、本体ボデーに設けられ一
面側に測定流体が導入される室と他面側に基準流
体が導入される室が設けられた測定ダイアフラム
と、該測定ダイアフラムに対向して前記室に設け
られ該測定ダイアフラムを移動電極として測定静
電容量電極を構成する測定固定容量電極と、前記
本体ボデーに設けられ両面に測定流体が導入され
る比較室が設けられた比較ダイアフラムと、該比
較ダイアフラムに対向して前記比較室に設けられ
該比較ダイアフラムを移動電極として比較静電容
量電極を構成する比較固定容量電極と、前記本体
ボデーに設けられ両面に測定流体が導入されるス
パン室が設けられたスパンダイアフラムと、該ス
パンダイアフラムに対向して前記スパン室に設け
られ該スパンダイアフラムを移動電極としてスパ
ン静電容量電極を構成するスパン固定容量電極と
を具備し、測定静電容量電極と比較静電容量電極
の初期ギヤツプを等しくし、スパン静電容量電極
の初期ギヤツプは測定静電容量電極の初期ギヤツ
プに測定ダイアフラムの最大変位量を加えたもの
とし、測定静電容量をCMe、比較静電容量をdRe、
スパン静電容量をCspao、浮遊容量をCsとすると、
測定出力電圧Vは V=1/CMe−Cs−1/CRe−Cs/1/Cspao−Cs−1
/CRe−Cs なる式により求まるようにしてなる圧力センサを
構成したものである。
られた固定容量電極と、本体ボデーに設けられ一
面側に測定流体が導入される室と他面側に基準流
体が導入される室が設けられた測定ダイアフラム
と、該測定ダイアフラムに対向して前記室に設け
られ該測定ダイアフラムを移動電極として測定静
電容量電極を構成する測定固定容量電極と、前記
本体ボデーに設けられ両面に測定流体が導入され
る比較室が設けられた比較ダイアフラムと、該比
較ダイアフラムに対向して前記比較室に設けられ
該比較ダイアフラムを移動電極として比較静電容
量電極を構成する比較固定容量電極と、前記本体
ボデーに設けられ両面に測定流体が導入されるス
パン室が設けられたスパンダイアフラムと、該ス
パンダイアフラムに対向して前記スパン室に設け
られ該スパンダイアフラムを移動電極としてスパ
ン静電容量電極を構成するスパン固定容量電極と
を具備し、測定静電容量電極と比較静電容量電極
の初期ギヤツプを等しくし、スパン静電容量電極
の初期ギヤツプは測定静電容量電極の初期ギヤツ
プに測定ダイアフラムの最大変位量を加えたもの
とし、測定静電容量をCMe、比較静電容量をdRe、
スパン静電容量をCspao、浮遊容量をCsとすると、
測定出力電圧Vは V=1/CMe−Cs−1/CRe−Cs/1/Cspao−Cs−1
/CRe−Cs なる式により求まるようにしてなる圧力センサを
構成したものである。
以下、実施例について説明する。
第2図は、本考案の一実施例の構成説明図で、
Aは正面図、Bは平面図である。
Aは正面図、Bは平面図である。
図において、第1図と同一記号は同一機能を示
す。
す。
以下、第1図と相違部分のみ説明する。
10は本体ボデー1に対向して配置され、測定
流体Pnが導入口11を通じて導入される比較室
である。比較室10は測定室2に近接して設けら
れている。12は比較室10に狭まれ本体ボデー
1に形成された比較ダイアフラムである。13は
比較ダイアフラム12の表面に形成された移動電
極である。而して、9は移動電極13に対向して
比較室10の導入口11の周囲にリング状に設け
られ、移動電極13と比較静電容量CReを構成す
る比較固定電極である。14は本体ボデー1に対
向して配置され測定流体Pnが導入口15を通じ
て導入されるスパン室である。スパン室14は測
定室2に近接して設けられている。16はスパン
室14に挟まれ本体ボデー1に形成されたスパン
ダイアフラムである。17はスパンダイアフラム
16の表面に形成された移動電極である。18は
移動電極17に対向してスパン室14の導入口1
5の周囲にリング状に設けられ移動電極17とス
パン静電容量Cspaoを構成するスパン固定電極で
ある。19は本体ボデー1に設けられたIC演算
部20に配置された固定容量である。
流体Pnが導入口11を通じて導入される比較室
である。比較室10は測定室2に近接して設けら
れている。12は比較室10に狭まれ本体ボデー
1に形成された比較ダイアフラムである。13は
比較ダイアフラム12の表面に形成された移動電
極である。而して、9は移動電極13に対向して
比較室10の導入口11の周囲にリング状に設け
られ、移動電極13と比較静電容量CReを構成す
る比較固定電極である。14は本体ボデー1に対
向して配置され測定流体Pnが導入口15を通じ
て導入されるスパン室である。スパン室14は測
定室2に近接して設けられている。16はスパン
室14に挟まれ本体ボデー1に形成されたスパン
ダイアフラムである。17はスパンダイアフラム
16の表面に形成された移動電極である。18は
移動電極17に対向してスパン室14の導入口1
5の周囲にリング状に設けられ移動電極17とス
パン静電容量Cspaoを構成するスパン固定電極で
ある。19は本体ボデー1に設けられたIC演算
部20に配置された固定容量である。
而して、測定静電容量電極と比較静電容量電極
の初期ギヤツプdoを等しく、スパン静電容量電
極の初期ギヤツプは測定容量電極の初期ギヤツプ
doに測定ダイアフラムの最大変位量xspaoを加え
た寸法に構成されている。また、測定静電容量電
極、比較静電容量電極とスパン静電容量電極の有
効電極面積は等しいように構成されている。測定
ダイアフラム6、比較ダイアフラム12とスパン
ダイアフラム16の有効面積も等しいように構成
されている。このように構成することは、フオト
リソグラフイの技術により現在においては容易で
ある。
の初期ギヤツプdoを等しく、スパン静電容量電
極の初期ギヤツプは測定容量電極の初期ギヤツプ
doに測定ダイアフラムの最大変位量xspaoを加え
た寸法に構成されている。また、測定静電容量電
極、比較静電容量電極とスパン静電容量電極の有
効電極面積は等しいように構成されている。測定
ダイアフラム6、比較ダイアフラム12とスパン
ダイアフラム16の有効面積も等しいように構成
されている。このように構成することは、フオト
リソグラフイの技術により現在においては容易で
ある。
以上の構成において、測定流体Pnが導入され、
測定出力電圧Vを次式で演算するようにする。
測定出力電圧Vを次式で演算するようにする。
V=1/CMe−Cs−1/CRe−Cs/1/Cspao−Cs−1
/CRe−Cs =d+x/εS−d/εS/d+xspao/εS−d/ε
S =x/xspao ……(2) CMe;測定電極の静電容量 CRe;比較電極の静電容量 Cspao;スパン電極の静電容量 Cs;浮遊容量 xspao;測定ダイアフラムの最大変位量 (2)式には、電極ギヤツプdがパラメータとして
入つていないので、dの変化によるゼロシフト、
スパンシフトは起らない。
/CRe−Cs =d+x/εS−d/εS/d+xspao/εS−d/ε
S =x/xspao ……(2) CMe;測定電極の静電容量 CRe;比較電極の静電容量 Cspao;スパン電極の静電容量 Cs;浮遊容量 xspao;測定ダイアフラムの最大変位量 (2)式には、電極ギヤツプdがパラメータとして
入つていないので、dの変化によるゼロシフト、
スパンシフトは起らない。
即ち、測定ダイアフラム6、比較ダイアフラム
12とスパンダイアフラム16とは、周囲温度変
化等の外乱に対して、同じような影響をうけ、こ
の変化をΔdとすると、 CMe=εS/d+Δd+x+Cs CRe=εS/d+Δd+Cs Cspao=εS/d+Δd+xspao+Cs これを(2)式に代入すると、 V=1/CMe−Cs−1/CRe−Cs/1/Cspao−Cs−1
/CRe−Cs =d+Δd+x/εS−d+Δd/εS/d+Δd+xsp
ao/εS−d+Δd/εS =x/xspao となる。
12とスパンダイアフラム16とは、周囲温度変
化等の外乱に対して、同じような影響をうけ、こ
の変化をΔdとすると、 CMe=εS/d+Δd+x+Cs CRe=εS/d+Δd+Cs Cspao=εS/d+Δd+xspao+Cs これを(2)式に代入すると、 V=1/CMe−Cs−1/CRe−Cs/1/Cspao−Cs−1
/CRe−Cs =d+Δd+x/εS−d+Δd/εS/d+Δd+xsp
ao/εS−d+Δd/εS =x/xspao となる。
実際に本考案装置を用いての回路構成例を第3
図に示す。
図に示す。
図において、Wは電源、A1,A0は電流計、
SWはスイツチである。而して、測定静電容量
CMe、比較静電容量CReとスパン静電容量Cspaoは
充分ガードGされるように構成する。スイツチ
SWを切換えた場合に、電流計A0のそれぞれの電
流値A0-Me=A0-spao=A0-Reなるように電源Wの
電圧を調整する。この場合の、電流計A1の電流
値をそれぞれA1-Me,A2-spao,A3-Reとすれば、 A1-Me=C/CMeA0-Me A2-spao=C/CspaoA0-spao A3-Re=C/CReA0-Re となる。
SWはスイツチである。而して、測定静電容量
CMe、比較静電容量CReとスパン静電容量Cspaoは
充分ガードGされるように構成する。スイツチ
SWを切換えた場合に、電流計A0のそれぞれの電
流値A0-Me=A0-spao=A0-Reなるように電源Wの
電圧を調整する。この場合の、電流計A1の電流
値をそれぞれA1-Me,A2-spao,A3-Reとすれば、 A1-Me=C/CMeA0-Me A2-spao=C/CspaoA0-spao A3-Re=C/CReA0-Re となる。
出力Vputは
Vput=A1-Me−A1-Re/A1-spao−A1-Re
で演算することができる。
以上の結果、
電極間距離dが出力のパラメータとならない
ので、スパンシフトが起らない。
ので、スパンシフトが起らない。
従来方式においては、感度アツプのために、
電極間距離dを小さくすると、dの微少な変化
に対して、スパン誤差が大きくなるため、電極
間距離dを小さくすることができなかつたが、
本考案装置においては、電極間距離dを小さく
できるので、静電容量を大きく取れる。したが
つて、配線等の浮遊容量Csが相対的に小さくな
り、電気回路の信号処理が容易になる。静電容
量を構成する面積が小さくでき、装置をコンパ
クトにすることができる。
電極間距離dを小さくすると、dの微少な変化
に対して、スパン誤差が大きくなるため、電極
間距離dを小さくすることができなかつたが、
本考案装置においては、電極間距離dを小さく
できるので、静電容量を大きく取れる。したが
つて、配線等の浮遊容量Csが相対的に小さくな
り、電気回路の信号処理が容易になる。静電容
量を構成する面積が小さくでき、装置をコンパ
クトにすることができる。
電極間距離dを小さくできるので、静電容量
εS/dが大きくなる。したがつて、浮遊容量が多 少あつても、以下の式に示す如く、出力は一次
式となり直線性がよくなる。
εS/dが大きくなる。したがつて、浮遊容量が多 少あつても、以下の式に示す如く、出力は一次
式となり直線性がよくなる。
たとえば、
C/CMe=C/εS/d+x+Cs=C/εS/d(1+x
/d)+Cs =C(1+x/d)/εS/d+Cs(1+x/d)
≒C/εS/d(1+x/d) ゼロシフトの要因となるダイアフラムのたわ
みは、3個のダイアフラムが接近し、かつ、同
一形状であるので、同じように生ずると考えら
れので、ゼロシフトも打消されて、装置のゼロ
シフトとしては表われないと考えられる。
/d)+Cs =C(1+x/d)/εS/d+Cs(1+x/d)
≒C/εS/d(1+x/d) ゼロシフトの要因となるダイアフラムのたわ
みは、3個のダイアフラムが接近し、かつ、同
一形状であるので、同じように生ずると考えら
れので、ゼロシフトも打消されて、装置のゼロ
シフトとしては表われないと考えられる。
製作時に電極間の距離dを設計置と同一にす
ることは、通常、二つの物体を組み合わせて室
を構成する関係上、組み合せのための接着工程
等の影響を受けるために非常に困難である。一
方、xspaoの寸法は、一方の物体の凹部により
形成されるので、たとえば、凹部形成のための
エツチング時間をコントロールすることにより
高精度で形成することができる。
ることは、通常、二つの物体を組み合わせて室
を構成する関係上、組み合せのための接着工程
等の影響を受けるために非常に困難である。一
方、xspaoの寸法は、一方の物体の凹部により
形成されるので、たとえば、凹部形成のための
エツチング時間をコントロールすることにより
高精度で形成することができる。
したがつて、装置の圧力感度は設計値通りに
近いものができる。
近いものができる。
以上説明したように、本考案は、一面側に測定
流体の導入される測定室と他面側に基準流体の導
入される基準室とが設けられた測定ダイアフラム
と、両面に測定流体が導入される比較室が設けら
れた比較ダイアフラムと、両面に測定流体が導入
されるスパン室が設けられたスパンダイアフラム
とを本体ボデーに近接して設け、各ダイアフラム
の変位をそれぞれ測定静電容量CMe、比較静電容
量CRe、スパン静電容量Cspao、の変化とし、浮遊
容量をCsとして、測定出力電圧Vを V=1/CMe−Cs−1/CRe−Cs/1/Cspao−Cs−
1/CRe−Cs なる式で求めるようにした。
流体の導入される測定室と他面側に基準流体の導
入される基準室とが設けられた測定ダイアフラム
と、両面に測定流体が導入される比較室が設けら
れた比較ダイアフラムと、両面に測定流体が導入
されるスパン室が設けられたスパンダイアフラム
とを本体ボデーに近接して設け、各ダイアフラム
の変位をそれぞれ測定静電容量CMe、比較静電容
量CRe、スパン静電容量Cspao、の変化とし、浮遊
容量をCsとして、測定出力電圧Vを V=1/CMe−Cs−1/CRe−Cs/1/Cspao−Cs−
1/CRe−Cs なる式で求めるようにした。
この結果、本考案によれば、電極間距離dがパ
ラメータとして入つて来ないので、周囲温度変化
等の外乱によつて電極間距離の変化が生じても、
ゼロシフト、スパンシフトが生じない圧力センサ
を実現することができる。
ラメータとして入つて来ないので、周囲温度変化
等の外乱によつて電極間距離の変化が生じても、
ゼロシフト、スパンシフトが生じない圧力センサ
を実現することができる。
第1図は従来より一般に使用されている従来例
の構成説明図で、Aは正面図、Bは平面図、第2
図は本考案の一実施例の構成説明図で、Aは正面
図、Bは平面図、第3図は第2図の動作説明図で
ある。 1……本体ボデー、2……測定室、3……導入
口、4……基準室、5……導入口、6……測定ダ
イアフラム、7……移動電極、8……測定電極、
9……比較電極、10……比較室、11……導入
口、12……比較ダイアフラム、13……移動電
極、14……スパン室、15……導入口、16…
…スパンダイアフラム、17……移動電極、18
……スパン固定電極、19……固定容量、20…
…IC演算部。
の構成説明図で、Aは正面図、Bは平面図、第2
図は本考案の一実施例の構成説明図で、Aは正面
図、Bは平面図、第3図は第2図の動作説明図で
ある。 1……本体ボデー、2……測定室、3……導入
口、4……基準室、5……導入口、6……測定ダ
イアフラム、7……移動電極、8……測定電極、
9……比較電極、10……比較室、11……導入
口、12……比較ダイアフラム、13……移動電
極、14……スパン室、15……導入口、16…
…スパンダイアフラム、17……移動電極、18
……スパン固定電極、19……固定容量、20…
…IC演算部。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 本体ボデーに設けられた固定容量電極と、本体
ボデーに設けられ一面側に測定流体が導入される
室と他面側に基準流体が導入される室が設けられ
た測定ダイアフラムと、該測定ダイアフラムに対
向して前記室に設けられ該測定ダイアフラムを移
動電極として測定静電容量電極を構成する測定固
定容量電極と、前記本体ボデーに設けられ両面に
測定流体が導入される比較室が設けられた比較ダ
イアフラムと、該比較ダイアフラムに対向して前
記比較室に設けられ該比較ダイアフラムを移動電
極として比較静電容量電極を構成する比較固定容
量電極と、前記本体ボデーに設けられ両面に測定
流体が導入されるスパン室が設けられたスパンダ
イアフラムと、該スパンダイアフラムに対向して
前記スパン室に設けられ該スパンダイアフラムを
移動電極としてスパン静電容量電極を構成するス
パン固定容量電極とを具備し、測定静電容量電極
と比較静電容量電極の初期ギヤツプを等しくし、
スパン静電容量電極の初期ギヤツプは測定静電容
量電極の初期ギヤツプに測定ダイアフラムの最大
変位量を加えたものとし、測定静電容量をCMe、
比較静電容量をCRe、スパン静電容量をCspao、浮
遊容量をCsとすると、測定出力電圧Vは V=1/CMe−Cs−1/CRe−Cs/1/Cspao−Cs−1
/CRe−Cs なる式により求まるようにしてなる圧力センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18123583U JPS6088247U (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18123583U JPS6088247U (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 圧力センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6088247U JPS6088247U (ja) | 1985-06-17 |
JPH0138509Y2 true JPH0138509Y2 (ja) | 1989-11-17 |
Family
ID=30392772
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18123583U Granted JPS6088247U (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 圧力センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6088247U (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4542397B2 (ja) * | 2004-09-02 | 2010-09-15 | キヤノンアネルバ株式会社 | 静電容量型圧力センサの製造方法 |
US8704538B2 (en) * | 2010-07-01 | 2014-04-22 | Mks Instruments, Inc. | Capacitance sensors |
-
1983
- 1983-11-24 JP JP18123583U patent/JPS6088247U/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6088247U (ja) | 1985-06-17 |
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