JPH03170826A - 容量型圧力センサ - Google Patents
容量型圧力センサInfo
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- JPH03170826A JPH03170826A JP1312113A JP31211389A JPH03170826A JP H03170826 A JPH03170826 A JP H03170826A JP 1312113 A JP1312113 A JP 1312113A JP 31211389 A JP31211389 A JP 31211389A JP H03170826 A JPH03170826 A JP H03170826A
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- capacitance
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- pressure sensor
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Links
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 12
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
- B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
- B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
- B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
- B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の[1的]
(産業上の利川分野)
この発明は容量型圧力センサに係り、特に直線性のよい
信号出力が得られるように改良した容量型圧力センサに
関する。
信号出力が得られるように改良した容量型圧力センサに
関する。
(従来の技術)
たとえば絶対圧力をall定する一手段として、たとえ
ば第5図に要部構成を断償的に示すような絶対圧力測定
用容量型゛1′.導体圧力センサが知られている。すな
わち、Siダイアフラム土台1とプレート2との間に真
空室(空洞)3が形成され、これらStダイアフラム土
台1とプレート2が対向する内壁面に電極板4、5を装
着・配設した横戊の本体部と、前記本体部のSiダイア
フラム−L台1側に同定一体化された圧力導入口6aを
備えたパッケージ6とを具備してなる絶対圧力測定用容
量型半導体圧力センサが実用に供されている。しかして
、この容瓜型圧力センサは、Slダイアフラム1が圧力
導入口6aから印加される圧力Pによって撓み、それに
より対向電極4、5間の容瓜Cが変化することを応川し
て絶対圧力を1llll定するものである。
ば第5図に要部構成を断償的に示すような絶対圧力測定
用容量型゛1′.導体圧力センサが知られている。すな
わち、Siダイアフラム土台1とプレート2との間に真
空室(空洞)3が形成され、これらStダイアフラム土
台1とプレート2が対向する内壁面に電極板4、5を装
着・配設した横戊の本体部と、前記本体部のSiダイア
フラム−L台1側に同定一体化された圧力導入口6aを
備えたパッケージ6とを具備してなる絶対圧力測定用容
量型半導体圧力センサが実用に供されている。しかして
、この容瓜型圧力センサは、Slダイアフラム1が圧力
導入口6aから印加される圧力Pによって撓み、それに
より対向電極4、5間の容瓜Cが変化することを応川し
て絶対圧力を1llll定するものである。
(発明が解決しようとする課題)
ところで、前記絶対圧力のaF+定は前記&.l向電極
4、5面が五いに接触しない状態での容量Cの変化を圧
力信号として検出している。ここで容量Cは、 C調ε0●εs@s/d (ε0:真空中の誘電率、εS:比誘電率、S二電極板
面積、d:電極仮間の距離)で表わされる。電極仮4、
5間のy0離dは圧力Pに比例して変化し、この関係に
伴い容量Cは圧力Pに反比例して変化する。したがって
、実際には圧力Pに対して直線性のよい(リニアな)信
号は得られない。これはこの構造および原理の容量型圧
力センサの欠点であり、一方では測定精度の向上などの
点から直締性の良い信号出力をHする容量型圧力センサ
が求められている。
4、5面が五いに接触しない状態での容量Cの変化を圧
力信号として検出している。ここで容量Cは、 C調ε0●εs@s/d (ε0:真空中の誘電率、εS:比誘電率、S二電極板
面積、d:電極仮間の距離)で表わされる。電極仮4、
5間のy0離dは圧力Pに比例して変化し、この関係に
伴い容量Cは圧力Pに反比例して変化する。したがって
、実際には圧力Pに対して直線性のよい(リニアな)信
号は得られない。これはこの構造および原理の容量型圧
力センサの欠点であり、一方では測定精度の向上などの
点から直締性の良い信号出力をHする容量型圧力センサ
が求められている。
本発明名は上記車情に対処して検討を進めた結果、前記
容量型圧力センサの構成において、対向電極板の対向面
に絶縁層を被覆形成しておき、圧力測定時に前記対向電
極面絶縁層を介して接触し得る構成とした場合、直線性
のよい信号出力が得られることを見出した。
容量型圧力センサの構成において、対向電極板の対向面
に絶縁層を被覆形成しておき、圧力測定時に前記対向電
極面絶縁層を介して接触し得る構成とした場合、直線性
のよい信号出力が得られることを見出した。
したがって、本発明は直線性の良い信号出力が用意かつ
確実に得られる容量型圧力センサを提供することを目的
とする。
確実に得られる容量型圧力センサを提供することを目的
とする。
[発明の構成]
(課題をJW決するための手段)
本発明は、圧力により変位する対向電極が空洞を挟んで
形成され、前記対向電極間の容量変化を圧力13号とし
て検出する容量型圧力センナにおいて、 前記対向電極の対向する表面が五いに接触しても電気的
に短絡しないように絶縁層で披覆されいることを骨子と
する。
形成され、前記対向電極間の容量変化を圧力13号とし
て検出する容量型圧力センナにおいて、 前記対向電極の対向する表面が五いに接触しても電気的
に短絡しないように絶縁層で披覆されいることを骨子と
する。
(作用)
本発明に係る容量型圧力センサにおいては、所要の絶対
圧力を測定する際、互いに対向する電極仮而同士が順次
接触する状態に動作させ得るので、印加する圧力に対応
して容量も直線的に食化し、直線性のよい信号出力を常
時呈する。
圧力を測定する際、互いに対向する電極仮而同士が順次
接触する状態に動作させ得るので、印加する圧力に対応
して容量も直線的に食化し、直線性のよい信号出力を常
時呈する。
(実施例)
以下第1図〜第3図を参照して本発明の実施例を説明す
る。第1図は本発明に係るの容量型半導体圧力センサの
要部構造を断面的に示したらので、1はSiダイアプラ
ム土台、2はプレート、3は前i+a S lダイアフ
ラム上台1およびプレート2とで形成(構成)する真空
室(空洞)、4、5は前記Stダイアフラム土台1およ
びプレート2とで形戒(構成)する真空室(空洞)の対
向する内壁面に装着・配設された一対の対向電極板、4
a,5aは前記対向電極板4、5の互いに対向する面に
電極同士が接触しても電気的に短絡しないように被覆形
威された絶縁層であり、これらによって本体部を構成し
ている。しかして、前記本体部のSiダイアフラム土台
1側は圧力導入口6aを備えたパッケージ6に固定一体
化されて容量型半導体圧力センサを構成している。上記
構成において、Stダイアフラム土台1のダイアフラム
は撓んだような形状であり、絶緑層が被覆されているた
めに対向電極板4、5同士は短絡しないが、ダイアフラ
ムの一部はプレート2に接触する構造となっている。
る。第1図は本発明に係るの容量型半導体圧力センサの
要部構造を断面的に示したらので、1はSiダイアプラ
ム土台、2はプレート、3は前i+a S lダイアフ
ラム上台1およびプレート2とで形成(構成)する真空
室(空洞)、4、5は前記Stダイアフラム土台1およ
びプレート2とで形戒(構成)する真空室(空洞)の対
向する内壁面に装着・配設された一対の対向電極板、4
a,5aは前記対向電極板4、5の互いに対向する面に
電極同士が接触しても電気的に短絡しないように被覆形
威された絶縁層であり、これらによって本体部を構成し
ている。しかして、前記本体部のSiダイアフラム土台
1側は圧力導入口6aを備えたパッケージ6に固定一体
化されて容量型半導体圧力センサを構成している。上記
構成において、Stダイアフラム土台1のダイアフラム
は撓んだような形状であり、絶緑層が被覆されているた
めに対向電極板4、5同士は短絡しないが、ダイアフラ
ムの一部はプレート2に接触する構造となっている。
次に、動作状態を模式的に示す第2図を参照して、上記
構成に係る容mw半導体圧力センサによる圧力測定の原
理的な説明をする。
構成に係る容mw半導体圧力センサによる圧力測定の原
理的な説明をする。
上記のような構造では、元信号となる容瓜Cは、対向電
極板4、5面の接触している部分の容量Ccと接触して
いない部分の容EICNの和、すなわちC=Cc +C
Nである。しかして、圧力導入口6aから圧力Pが印加
されるとSLダイアフラム1の撓みはさらに大きくなり
、プレート2側と接触する面粘は増え、接触している部
分の容fil C cが増加する。逆に接触していない
部分の容filcNは、接触していない部分の面積が減
るために減少する。しかし、その減少量は接触している
部分の容m C cの増加量よりもはるかに小さいので
、実質の容量変化量は接触している部分の容量Ceの変
化量にほぼ等しいものとなる。ここで接触している部分
の容量Ccは接触面積に比例する量であるので、容量は
接触面積に比例して変化するといえる。
極板4、5面の接触している部分の容量Ccと接触して
いない部分の容EICNの和、すなわちC=Cc +C
Nである。しかして、圧力導入口6aから圧力Pが印加
されるとSLダイアフラム1の撓みはさらに大きくなり
、プレート2側と接触する面粘は増え、接触している部
分の容fil C cが増加する。逆に接触していない
部分の容filcNは、接触していない部分の面積が減
るために減少する。しかし、その減少量は接触している
部分の容m C cの増加量よりもはるかに小さいので
、実質の容量変化量は接触している部分の容量Ceの変
化量にほぼ等しいものとなる。ここで接触している部分
の容量Ccは接触面積に比例する量であるので、容量は
接触面積に比例して変化するといえる。
従来の容量型半導体圧力センサでは、圧力による電極板
4、5間の距離dが変化することに伴い容量も変化して
いたが、本発明に係る容量型半導体圧力センサの場合は
、電極板4、5i11j上の絶縁層4a, 5aを介し
て接触し合う対向7Ii極板4、5の面積変化が容量変
化の要因となっているところに特徴付けられる。
4、5間の距離dが変化することに伴い容量も変化して
いたが、本発明に係る容量型半導体圧力センサの場合は
、電極板4、5i11j上の絶縁層4a, 5aを介し
て接触し合う対向7Ii極板4、5の面積変化が容量変
化の要因となっているところに特徴付けられる。
さらに、本発明に係る容足型半導体圧力センサの場合、
容量Cは圧力Pにほぼ比ffil Lで変化するという
特徴があり、また固形ダイアフラムではダイアフラム上
台1の撓みW ( r )は次式のように表わされる。
容量Cは圧力Pにほぼ比ffil Lで変化するという
特徴があり、また固形ダイアフラムではダイアフラム上
台1の撓みW ( r )は次式のように表わされる。
W(r)=C・ (R”−r2) 2−PC:定数、R
:ダイアフラムの半径 r:中心からの距離 簡il1のために、ダイアフラムの撓みW ( r )
が対向電鵠板4、5間の距fidよりも大きくなり、絶
縁層4a、5aを介して対向電極板4、5が接触する場
合、実際には撓みが W(r)>dとなる部分でもW(r)−dとし、さらに
接触していない部分の撓み方も接触がない場合と変わら
ないと仮定すると、接触後の圧力の嚢化ΔPに対する接
触面積変化ΔSは ΔS一π(R2−Cl 十C2・ΔP)C1、C2:定
数 であり、圧力Pに比例して接触面積すなわち容皿が変化
することが分かる。
:ダイアフラムの半径 r:中心からの距離 簡il1のために、ダイアフラムの撓みW ( r )
が対向電鵠板4、5間の距fidよりも大きくなり、絶
縁層4a、5aを介して対向電極板4、5が接触する場
合、実際には撓みが W(r)>dとなる部分でもW(r)−dとし、さらに
接触していない部分の撓み方も接触がない場合と変わら
ないと仮定すると、接触後の圧力の嚢化ΔPに対する接
触面積変化ΔSは ΔS一π(R2−Cl 十C2・ΔP)C1、C2:定
数 であり、圧力Pに比例して接触面積すなわち容皿が変化
することが分かる。
第3図は本発明の容量型半導体圧力センサの圧力一容瓜
特性図であり、印加圧力に比例して容量が変化している
。
特性図であり、印加圧力に比例して容量が変化している
。
本発明に係る容量型圧力センサにおいては、ダイアフラ
ム1は圧力が加わっていない状態でも撓んだような形状
で一部がプレート2に接触した購造と成してもよいし、
使用ないし動作させる際、圧力によりダイアフラム1が
撓み、プレート2に接触するtκ造と成してもよい。た
とえば0.5kg/cj以上の絶対江力を=1州する容
量型江カセンサを構成しようとする場合は、0.5kg
/c−より小さい圧力でダイアフラム1がぬみ、プレー
ト2に接触するように寸法、I1さを設計すれば、ダイ
アフラム1の初期形状を撓みのない5ti行甲板にする
ことも可能である。
ム1は圧力が加わっていない状態でも撓んだような形状
で一部がプレート2に接触した購造と成してもよいし、
使用ないし動作させる際、圧力によりダイアフラム1が
撓み、プレート2に接触するtκ造と成してもよい。た
とえば0.5kg/cj以上の絶対江力を=1州する容
量型江カセンサを構成しようとする場合は、0.5kg
/c−より小さい圧力でダイアフラム1がぬみ、プレー
ト2に接触するように寸法、I1さを設計すれば、ダイ
アフラム1の初期形状を撓みのない5ti行甲板にする
ことも可能である。
なお、第1図に示した容量型圧力センサの構逍では、プ
レート2と一体となったSiダイアフラム上台1が圧力
導入口6aをHするパッケージ6に同定されているが、
第4図に要H購成を示すように本体部が可動ダイアプラ
ム土台1を2個組合せた構成とし、この本体部の一端側
を支持体7に装着するようにしてもよい。さらに上記で
は絶対圧力測定川の容量型圧力センサについて説明した
が、差圧川センサとしても応用できし、またダイアフラ
ムは゛ト導体のシリコンに限らず他の金属材料で構成し
ても差支えない。
レート2と一体となったSiダイアフラム上台1が圧力
導入口6aをHするパッケージ6に同定されているが、
第4図に要H購成を示すように本体部が可動ダイアプラ
ム土台1を2個組合せた構成とし、この本体部の一端側
を支持体7に装着するようにしてもよい。さらに上記で
は絶対圧力測定川の容量型圧力センサについて説明した
が、差圧川センサとしても応用できし、またダイアフラ
ムは゛ト導体のシリコンに限らず他の金属材料で構成し
ても差支えない。
[発明の効果]
上記の説明から分るように、本発明に係る容量型圧力セ
ンサよれば、印加圧力(披Alll定圧力)に対応する
直線性のよい信号出力を呈する。つまり、印加する圧力
に比例して容量も適確に炎化し、印加する圧力に比例し
た直線性のよい信号出力を呈するため、高精度の圧力測
定が可能となる。
ンサよれば、印加圧力(披Alll定圧力)に対応する
直線性のよい信号出力を呈する。つまり、印加する圧力
に比例して容量も適確に炎化し、印加する圧力に比例し
た直線性のよい信号出力を呈するため、高精度の圧力測
定が可能となる。
第1図は本発明に係る容量型半導体圧力センサの要部構
逍例を示す断面図、第2図は第1図に図示した容瓜型゛
1′−導体圧力センサの動作を説明するための模式図、
第3図は本発明に係る容量型半導体圧力センサの圧力一
容量特性図、第4図は本発明に係る容瓜型半導体圧力セ
ンサの他の要部{1■進例を示す断面図、第5図は従来
の容量J!2半導体圧力センサの要部溝逍を示す断而図
である。 1・・・・・・・・・Stダイアフラム土台2・・・・
・・・・・プレート 3・・・・・・・・・真空室(空洞) 4、5・・・χ{向電極板 4a, 5a・・・対向電極板を披覆する絶緑層6・・
・・・・・・・パッケージ 6a・・・・・・・・・圧力導入川 7・・・・・・・・・支持体
逍例を示す断面図、第2図は第1図に図示した容瓜型゛
1′−導体圧力センサの動作を説明するための模式図、
第3図は本発明に係る容量型半導体圧力センサの圧力一
容量特性図、第4図は本発明に係る容瓜型半導体圧力セ
ンサの他の要部{1■進例を示す断面図、第5図は従来
の容量J!2半導体圧力センサの要部溝逍を示す断而図
である。 1・・・・・・・・・Stダイアフラム土台2・・・・
・・・・・プレート 3・・・・・・・・・真空室(空洞) 4、5・・・χ{向電極板 4a, 5a・・・対向電極板を披覆する絶緑層6・・
・・・・・・・パッケージ 6a・・・・・・・・・圧力導入川 7・・・・・・・・・支持体
Claims (2)
- (1)圧力により変位する対向電極が空洞を挟んで形成
され、前記対向電極間の容量変化を圧力信号として検出
する容量型圧力センサにおいて、前記対向電極の対向す
る表面が互いに接触しても電気的に短絡しないように絶
縁層で被覆されいることを特徴とする容量型圧力センサ
。 - (2)請求項1において、動作時に対向電極が絶縁層を
介して少くとも一部が対接していることを特徴とする容
量型圧力センサ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1312113A JPH03170826A (ja) | 1989-11-29 | 1989-11-29 | 容量型圧力センサ |
EP19900312954 EP0430676A3 (en) | 1989-11-29 | 1990-11-28 | Capacitive pressure sensor |
US07/619,946 US5186054A (en) | 1989-11-29 | 1990-11-29 | Capacitive pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1312113A JPH03170826A (ja) | 1989-11-29 | 1989-11-29 | 容量型圧力センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03170826A true JPH03170826A (ja) | 1991-07-24 |
Family
ID=18025399
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1312113A Pending JPH03170826A (ja) | 1989-11-29 | 1989-11-29 | 容量型圧力センサ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5186054A (ja) |
EP (1) | EP0430676A3 (ja) |
JP (1) | JPH03170826A (ja) |
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