JPH04212032A - Compound sensor and compound transmitter and plant system using it - Google Patents

Compound sensor and compound transmitter and plant system using it

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JPH04212032A
JPH04212032A JP5217291A JP5217291A JPH04212032A JP H04212032 A JPH04212032 A JP H04212032A JP 5217291 A JP5217291 A JP 5217291A JP 5217291 A JP5217291 A JP 5217291A JP H04212032 A JPH04212032 A JP H04212032A
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static pressure
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sensor
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Seiichi Ukai
征一 鵜飼
Satoshi Shimada
智 嶋田
Tomoyuki Hida
朋之 飛田
Akira Sase
昭 佐瀬
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Abstract

PURPOSE:To enable differential pressure measuring accuracy to be improved by eliminating characteristic compensation of influence of differential pressure and plant control performance to be improved by reducing processing time. CONSTITUTION:A pressure difference which is generated at both edges of an orifice 560 which is provided halfway at a pipe line 550 of a chemical plant, etc., is measured by a compound transmitter 300 and a flow within the pipe line is obtained and is transmitted to a control device 500. The control device 500 controls a pump which gives pressure to the fluid within the pipe line according to the measured flow and makes an adjustment so that a proper flow can be sent. Then, for eliminating a nonlinear influence when the pressure difference is operated, gauge resistors for detecting static pressure 5-8 are placed so that a stress which is generated by the differential pressure is equal and the static pressure is measured by forming a bridge for canceling the influence of the differential pressure which operates on each gauge resistor for detecting static pressure.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は化学プラント等で流量や
圧力を検出する差圧伝送器における静圧センサの差圧負
荷時の特性を改善した複合センサと、それを用いた複合
伝送器及びプラントシステムに関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a composite sensor that improves the characteristics of a static pressure sensor in a differential pressure transmitter for detecting flow rate and pressure in a chemical plant, etc. under differential pressure load, and a composite transmitter using the same. Regarding plant systems.

【0002】0002

【従来の技術】従来、インテリジェント差圧伝送器のセ
ンシング部に用いられる複合センサは差圧と静圧、及び
温度のセンサが一つの基板上に構成され、上記3種類の
センサが相互に補正し合い、高精度に差圧を測定する構
成となっている。しかし、従来の複合センサでは、各セ
ンサの出力が独立にそれぞれの変化量を検出することが
できず、相互に影響しあうことが知られている。
[Prior Art] Conventionally, a composite sensor used in the sensing section of an intelligent differential pressure transmitter consists of differential pressure, static pressure, and temperature sensors on one substrate, and the three types of sensors compensate each other. It is configured to measure differential pressure with high accuracy. However, with conventional composite sensors, it is known that the output of each sensor cannot independently detect the amount of change in each, and that the outputs of the sensors influence each other.

【0003】なお、従来の差圧伝送器は化学プラント等
のパイプライン中に設けられたオリフィスを、加圧ポン
プによって圧送された液体が通過するときに生じる圧力
差ΔPを測定して、次式により流量を検出するものであ
る。
[0003] Conventional differential pressure transmitters measure the pressure difference ΔP that occurs when liquid pumped by a pressure pump passes through an orifice installed in a pipeline of a chemical plant, etc. The flow rate is detected by

【0004】0004

【数1】[Math 1]

【0005】ここで、Qは流量、kはレイノルズ数等で
決まる定数である。前述したように、差圧センサ出力は
、静圧Ps や温度Tの影響を受けるため、流量を測定
する場合にもパイプラインに加わる静圧Ps や、周囲
の温度変化は外乱となり、この影響を極力取り除く必要
がある。このため、従来は差圧伝送器のほか、静圧Ps
 を検知するための圧力伝送器を同一のパイプライン中
に併設していた。
[0005] Here, Q is a flow rate, and k is a constant determined by the Reynolds number and the like. As mentioned above, the differential pressure sensor output is affected by the static pressure Ps and temperature T, so even when measuring the flow rate, the static pressure Ps applied to the pipeline and changes in the surrounding temperature become disturbances, and these effects can be overcome. It needs to be removed as much as possible. For this reason, conventionally, in addition to differential pressure transmitters, static pressure Ps
A pressure transmitter was installed in the same pipeline to detect the

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の複合センサを用
いた差圧伝送器では、静圧,温度,差圧を夫々のセンサ
で検出する構成となっているが、上記のように各センサ
に各々の変化量も加算された状態で検出されるため、こ
れら相互影響を取り除くために複雑な手順で補正を行な
っていた。
[Problems to be Solved by the Invention] A conventional differential pressure transmitter using a composite sensor is configured to detect static pressure, temperature, and differential pressure with each sensor. Since each amount of change is detected in an added state, corrections have been made using complicated procedures to remove these mutual influences.

【0007】また、1つの半導体基板に差圧検出用ダイ
アフラムと静圧検出用ダイアフラムを設けると、両ダイ
アフラム間隔はエッチング工程中に狭くなり、台との接
着強度が低下するという問題がある。
Furthermore, when a diaphragm for differential pressure detection and a diaphragm for static pressure detection are provided on one semiconductor substrate, there is a problem that the distance between the two diaphragms becomes narrow during the etching process, and the adhesive strength with the base decreases.

【0008】また、異方性エッチングを用いて中心剛体
部付きの差圧検出用ダイアフラムを形成する場合<11
1>面で囲まれる四角形状の中心剛体部が最も出来易く
、角部に応力が集中し、耐圧が低下するという問題があ
る。
In addition, when forming a differential pressure detection diaphragm with a central rigid body part using anisotropic etching, <11
A rectangular central rigid body portion surrounded by 1> planes is most likely to be formed, and there is a problem that stress is concentrated at the corners and the withstand pressure is lowered.

【0009】さらに、差圧検出用ダイアフラムと静圧検
出用ダイアフラムが同じ板厚であると、半導体基板を小
形化する際、静圧検出用ダイアフラムが小さくなりすぎ
、ゲージ抵抗を配置し難くなるという問題がある。
Furthermore, if the diaphragm for differential pressure detection and the diaphragm for static pressure detection have the same thickness, the diaphragm for static pressure detection will become too small when downsizing the semiconductor substrate, making it difficult to arrange a gauge resistor. There's a problem.

【0010】従来の複合センサ中の静圧センサは、差圧
センサの出力補正用として設けられたものであり、静圧
センサ単体の出力は小さく、更に、差圧負荷による影響
が大きいという問題があった。したがって、静圧検出精
度が十分得られず、センサを複合化したにもかかわらず
、差圧伝送器と圧力伝送器を同一パイプライン中に併設
しなければならないという問題がある。
[0010] The static pressure sensor in the conventional composite sensor is provided to correct the output of the differential pressure sensor, and has the problem that the output of the static pressure sensor alone is small and is greatly affected by the differential pressure load. there were. Therefore, there is a problem that sufficient static pressure detection accuracy cannot be obtained, and even though the sensors are combined, a differential pressure transmitter and a pressure transmitter must be installed together in the same pipeline.

【0011】本発明の目的は、差圧が付加されたときに
静圧センサに作用する差圧の影響を取り除くように静圧
センサを構成した複合センサと、前記複合センサを用い
ることによって簡単な演算で精度の良い差圧及び、静圧
を検出できる複合伝送器を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a composite sensor in which a static pressure sensor is constructed so as to remove the influence of differential pressure acting on the static pressure sensor when differential pressure is applied, and to provide a simple and easy-to-use sensor by using the composite sensor. It is an object of the present invention to provide a composite transmitter that can detect differential pressure and static pressure with high precision through calculation.

【0012】本発明の他の目的は前記複合伝送器を構成
する複合センサの検出精度を向上させるため、差圧ダイ
アフラムの板厚を静圧ダイアフラムの板厚よりも薄く加
工したり、エッチングの手順を工夫したり、シリコン基
板の不純物濃度を制限するなどの複合センサの製造方法
を提供するにある。
Another object of the present invention is to process the differential pressure diaphragm so that it is thinner than the static pressure diaphragm, or to improve the etching procedure in order to improve the detection accuracy of the composite sensor constituting the composite transmitter. The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing a composite sensor, which involves devising improvements to the process and limiting the impurity concentration of the silicon substrate.

【0013】他の目的は、一定の接着強度を保つセンサ
構成を提供することにある。
Another object is to provide a sensor arrangement that maintains constant adhesive strength.

【0014】他の目的は、高耐圧の中心剛体部形状を提
供するにある。
Another object is to provide a central rigid body shape with high pressure resistance.

【0015】本発明の他の目的は、高精度複合伝送器を
用いて流量を計測する化学プラントシステムを提供する
にある。
Another object of the present invention is to provide a chemical plant system that measures flow rate using a high-precision composite transmitter.

【0016】本発明の他の目的は、1台の複合伝送器で
差圧伝送器と圧力伝送器2台の機能を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide the functions of two differential pressure transmitters and two pressure transmitters with one composite transmitter.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、差圧センサダイアフラムとは別に静圧センサ用ダイ
アフラムを1つ以上設けるとともに、前記静圧センサ用
ダイアフラムに設けたゲージ抵抗と固定部に設けたゲー
ジ抵抗の出力を用いて演算処理することで静圧を検出す
る静圧センサにおいて、前記差圧が作用したときの非線
形な影響を取り除くために、前記各静圧センサ用ゲージ
抵抗を差圧負荷に伴う応力がほぼ等しく働く位置に配置
する構成とした。さらに、前記センサを用いることによ
って、処理回路中に記録する補正マップの構成を簡略化
すると共に、信号処理も各々のセンサの出力をそのまま
加減算するだけで済むようにした。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, one or more static pressure sensor diaphragms are provided separately from the differential pressure sensor diaphragm, and a gauge resistor and a fixing part are provided on the static pressure sensor diaphragm. In a static pressure sensor that detects static pressure by performing arithmetic processing using the output of a gauge resistor installed in the sensor, the gauge resistor for each static pressure sensor is The structure is such that they are placed at positions where stress due to differential pressure load is applied almost equally. Furthermore, by using the above-mentioned sensors, the structure of the correction map recorded in the processing circuit is simplified, and signal processing can be performed by simply adding and subtracting the outputs of each sensor.

【0018】さらに、他の目的を達成するために出力が
大きく、差圧の影響が小さい静圧センサと差圧センサを
1つのセンサチップに搭載することにより静圧と差圧を
1つの伝送器で計測できるようにした。
Furthermore, in order to achieve other purposes, a static pressure sensor and a differential pressure sensor that have a large output and are small in the influence of differential pressure are mounted on one sensor chip, so that static pressure and differential pressure can be transmitted in one transmitter. I made it possible to measure it.

【0019】さらに、他の目的を達成するために{00
1}面シリコンウエハをKOH水溶液等によって異方性
エッチングする場合、ほとんどエッチングの進まない<
110>方向の辺を最近接辺とするように静圧検出用ダ
イアフラムを配置し、所望のダイアフラム間隔を確保し
、高い耐圧を確保するものである。
[0019] Furthermore, in order to achieve other purposes, {00
1) When performing anisotropic etching on a silicon wafer using a KOH aqueous solution, etching hardly progresses.
The static pressure detection diaphragm is arranged so that the side in the 110> direction is the closest side, thereby ensuring a desired diaphragm spacing and high withstand pressure.

【0020】上記他の目的と達成するために、中心剛体
部形状を六角形以上の多角形とするものである。
[0020] In order to achieve the above-mentioned other objects, the shape of the central rigid body portion is made into a polygon having a hexagonal shape or more.

【0021】上記他の目的を達成するために、差圧検出
用ダイアフラムの表面をエッチングし、静圧検出用ダイ
アフラムの板厚よりも薄く加工したり、差圧検出用ダイ
アフラムと、静圧検出用ダイアフラムを同じに加工する
等の方法を用いるものである。さらに、シリコン基板の
不純物濃度を2×1018/cm3 以下としたもので
ある。
In order to achieve the other objects mentioned above, the surface of the diaphragm for differential pressure detection is etched to make it thinner than the thickness of the diaphragm for static pressure detection, and the diaphragm for differential pressure detection and the diaphragm for static pressure detection are This method uses methods such as processing the diaphragm in the same way. Furthermore, the impurity concentration of the silicon substrate is set to 2×10 18 /cm 3 or less.

【0022】[0022]

【作用】差圧,静圧センサが同一基板上に形成された複
合センサでは差圧が加わったときに、この差圧の影響に
よって静圧センサにも応力が加わる。差圧センサの近く
に静圧センサを形成した場合、この応力は主に差圧ダイ
アフラムからの距離に関係するため、これを考慮せずに
配置すると、各々の静圧センサに異なった大きさの差圧
による出力が発生する。そこで、本発明は差圧により発
生する応力が各々等しくなるように静圧センサを配置し
、各々の静圧センサに作用する差圧の影響を打ち消す様
にブリッジを組んで静圧を測定するようにしたものであ
る。しかし、検出原理が同一のゲ−ジ抵抗を組み合わせ
て、差圧の影響を打ち消す構成とすると当然静圧も一緒
に打ち消して出力電圧が得られなくなるため、固定台の
弾性率差を利用して静圧を検出するように固定部に配置
したゲージ抵抗と、絶対圧を検出するように静圧検出用
ダイアフラム上に配置したゲージ抵抗とを2種類設け、
静圧が作用した場合にダイアフラム上に配置したゲージ
抵抗が固定部上に配置したゲージ抵抗よりも抵抗変化が
大きいことを利用して、差圧の影響を打ち消して静圧の
みを検出するようにしたものである。
[Operation] In a composite sensor in which a differential pressure sensor and a static pressure sensor are formed on the same substrate, when a differential pressure is applied, stress is also applied to the static pressure sensor due to the influence of this differential pressure. When a static pressure sensor is formed near a differential pressure sensor, this stress is mainly related to the distance from the differential pressure diaphragm, so if placed without taking this into account, each static pressure sensor will have a different size. Output is generated due to differential pressure. Therefore, the present invention measures static pressure by arranging static pressure sensors so that the stress generated by the differential pressure is equal, and by assembling a bridge to cancel the influence of the differential pressure acting on each static pressure sensor. This is what I did. However, if you combine gauge resistors with the same detection principle to cancel out the effects of differential pressure, the static pressure will naturally be canceled as well, making it impossible to obtain an output voltage. Two types of gauge resistors are provided: a gauge resistor placed on the fixed part to detect static pressure, and a gauge resistor placed on the static pressure detection diaphragm to detect absolute pressure.
By utilizing the fact that when static pressure is applied, the resistance of the gauge resistor placed on the diaphragm is larger than that of the gauge resistor placed on the fixed part, the effect of the differential pressure is canceled out and only the static pressure is detected. This is what I did.

【0023】また、絶対圧型の静圧センサは出力が大き
く、非直線誤差も小さい。さらに上記のように弾性率差
を利用した静圧センサと組み合わせることにより、差圧
の影響も相殺できる。このように静圧検出精度が高い静
圧センサを差圧センサと集積し、1台の伝送器で差圧と
静圧を検出するようにしたものである。
Furthermore, the absolute pressure type static pressure sensor has a large output and a small non-linear error. Furthermore, by combining it with a static pressure sensor that utilizes a difference in elastic modulus as described above, the influence of differential pressure can be offset. In this way, a static pressure sensor with high static pressure detection accuracy is integrated with a differential pressure sensor, and a single transmitter is used to detect differential pressure and static pressure.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図5を用
いて説明する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.

【0025】図1は、本発明の複合伝送器を用いた流量
測定装置を組み込んだ、パイプラインシステムの一例で
ある。
FIG. 1 is an example of a pipeline system incorporating a flow rate measuring device using the composite transmitter of the present invention.

【0026】化学プラント等のパイプライン550の途
中に設けたオリフイス560の両端に発生する差圧ΔP
を、本発明の複合伝送器300により測定し、パイプラ
イン中を流れる流量を求めて、制御装置500へ送信す
る。制御装置500では測定された流量に応じて、パイ
プライン中の流体へ圧力を与えるポンプを制御し、適正
な流量が送られるように調整する。また、コミュニケー
タ400はシステムの状態を人が監視し、制御量の変更
等を指令するための入出力装置である。
Differential pressure ΔP generated at both ends of an orifice 560 installed in the middle of a pipeline 550 in a chemical plant, etc.
is measured by the composite transmitter 300 of the present invention, and the flow rate flowing through the pipeline is determined and transmitted to the control device 500. The control device 500 controls a pump that applies pressure to the fluid in the pipeline in accordance with the measured flow rate, and adjusts it so that an appropriate flow rate is sent. Further, the communicator 400 is an input/output device for a person to monitor the state of the system and issue commands to change the control amount, etc.

【0027】本システムでは差圧と静圧を正確に測定で
きれば、流量の検出精度も向上し、より効率的にプラン
トを稼働することができる。
In this system, if the differential pressure and static pressure can be accurately measured, the accuracy of flow rate detection will be improved and the plant can be operated more efficiently.

【0028】従来のシステムは静圧による流体圧縮の影
響を補正するため、差圧伝送器のほか、圧力伝送器を同
一のパイプラインに設けていた。しかし、本複合伝送器
によれば差圧と静圧を1台で検出出来るため、システム
を簡略化できる。
[0028] In order to compensate for the effects of fluid compression due to static pressure, conventional systems have provided a pressure transmitter in addition to a differential pressure transmitter in the same pipeline. However, according to this composite transmitter, differential pressure and static pressure can be detected with one unit, so the system can be simplified.

【0029】ところで、本発明の複合伝送器300は図
2に示す構成となっている。この図で、16は差圧セン
サ,静圧センサ及び温度センサ等で構成された複合セン
サである。102は高圧側と低圧側を隔てるセンタダイ
アフラム、103a,103bは外部環境と伝送器内部
の圧力伝達媒体(シリコンオイルなど)を隔て外部の圧
力を受けるシリコンダイアフラム、104はSUS等か
らなる伝送器本体、105a,105bは圧力導入口、
106はセンサ出力を増幅し、補正演算を行なう信号処
理回路である。
By the way, the composite transmitter 300 of the present invention has a configuration shown in FIG. In this figure, 16 is a composite sensor composed of a differential pressure sensor, a static pressure sensor, a temperature sensor, etc. 102 is a center diaphragm that separates the high pressure side and the low pressure side, 103a and 103b are silicon diaphragms that separate the external environment and the pressure transmission medium (silicone oil, etc.) inside the transmitter and receive external pressure, and 104 is the transmitter body made of SUS or the like. , 105a, 105b are pressure introduction ports,
106 is a signal processing circuit that amplifies the sensor output and performs correction calculations.

【0030】このように、差圧伝送器は2つの液室をも
つ受圧部からなり、高,低圧側から加わる静圧Ps は
100気圧以上と大きいため、この2つの液室の封入液
量差や、受圧部の変形に起因して、両側からの圧力が等
しい場合でも微小な差圧が発生し、差圧センサの出力を
変動させる。これが静圧影響と呼ばれる誤差であり、こ
の静圧影響を取り除くために静圧を独立に検出するため
のセンサが必要となる。しかし、従来の静圧センサは静
圧センサ自体が差圧の影響を受け、この差圧の影響を補
正する必要があった。さらに、静圧センサや差圧センサ
は温度の変化の影響も受けやすいため、温度による変化
量も補正する必要があった。さらに、従来の静圧センサ
は出力が小さかったため、これを増大させる必要があっ
た。そこで、本発明では、図3に示す構成とすることに
よって静圧センサに加わる差圧の影響を取り除き正確な
静圧が検出でき、静圧センサ出力の大きな複合センサを
実現するとともに、後述するように簡単な処理により差
圧を求めることができるようにした。
As described above, the differential pressure transmitter consists of a pressure receiving part with two liquid chambers, and since the static pressure Ps applied from the high and low pressure sides is as large as 100 atmospheres or more, the difference in the amount of liquid filled in these two liquid chambers is Also, due to the deformation of the pressure receiving part, a minute differential pressure is generated even when the pressures from both sides are equal, causing the output of the differential pressure sensor to fluctuate. This is an error called static pressure effect, and in order to remove this static pressure effect, a sensor is required to independently detect static pressure. However, in the conventional static pressure sensor, the static pressure sensor itself is affected by differential pressure, and it is necessary to correct the influence of this differential pressure. Furthermore, since static pressure sensors and differential pressure sensors are easily affected by changes in temperature, it was also necessary to correct the amount of change due to temperature. Furthermore, since the output of conventional static pressure sensors was small, it was necessary to increase this output. Therefore, in the present invention, by adopting the configuration shown in FIG. 3, accurate static pressure can be detected by removing the influence of the differential pressure applied to the static pressure sensor, realizing a composite sensor with a large static pressure sensor output, and as described below. The differential pressure can now be determined through simple processing.

【0031】図3(a)において、ゲージ抵抗6は静圧
検出用ダイアフラム上に形成された静圧検出用ゲージ抵
抗であり、ゲージ抵抗5は固定部にゲージ抵抗6に平行
に形成された静圧検出用ゲージ抵抗である。また、図3
(e)においてゲージ抵抗8はゲージ抵抗5と同じく固
定部に形成された静圧検出用ゲージ抵抗であるが、ゲー
ジ抵抗6とは直角に形成されている。ゲ−ジ抵抗5と8
はゲ−ジ抵抗6に比べ、差圧検出用ダイアフラム9に近
い距離に設置される。
In FIG. 3(a), the gauge resistor 6 is a static pressure detecting gauge resistor formed on a static pressure detecting diaphragm, and the gauge resistor 5 is a static pressure detecting gauge resistor formed on a fixed part parallel to the gauge resistor 6. This is a gauge resistance for pressure detection. Also, Figure 3
In (e), a gauge resistor 8 is a static pressure detecting gauge resistor formed in a fixed part like the gauge resistor 5, but is formed at right angles to the gauge resistor 6. Gauge resistance 5 and 8
is installed closer to the differential pressure detection diaphragm 9 than the gauge resistor 6.

【0032】これは、図15に示すようにゲ−ジ抵抗5
と6を差圧ダイアフラムから等距離に置いた場合、差圧
負荷に伴う力Fをゲ−ジ抵抗5の位置では断面A−A′
で受け、ゲ−ジ抵抗6の位置ではA−A′よりも小さな
断面B−B′で受けるため、静圧検出用ダイアフラム上
のゲ−ジ抵抗6は固定部上のゲ−ジ抵抗5よりも大きな
応力を受ける。
As shown in FIG.
and 6 are placed at equal distances from the differential pressure diaphragm, the force F due to the differential pressure load is expressed as the cross section A-A' at the position of the gauge resistor 5.
At the position of the gauge resistor 6, the gauge resistor 6 is received at a cross section B-B' which is smaller than A-A', so the gauge resistor 6 on the static pressure detection diaphragm is more is also subject to great stress.

【0033】しかし、ゲ−ジ抵抗に働く応力は図16に
示すように差圧ダイアフラムからの距離に強く依存する
。これを利用して固定部上のゲ−ジ抵抗5を静圧検出用
ダイアフラム上のゲ−ジ抵抗6よりも差圧ダイアフラム
側に近づけ、等しい応力が働く位置に配置すれば、図4
に示すような抵抗値変化を示す。本図で、ゲージ抵抗5
と6は符号まで含めて等しく変化し、ゲージ抵抗8は6
に比べ逆符号で変化する。従って、図3(b)に示すよ
うに、定電流源24と5,6を直列につなぎ、両ゲージ
抵抗間電圧V2,V1を設定し、図3(c)に示す減算
器25を用いることにより、差圧の影響は相殺される。 一方、静圧が付加された場合、ゲージ抵抗5の変化はゲ
ージ抵抗6の変化に比べて著しく小さいため、減算して
もゲージ抵抗5の変化に対応した静圧により出力が発生
する。また、図3(b)において、ゲージ抵抗5を図3
(e)に示すゲージ抵抗8に置き換えると、今度はV1
,V2は差圧負荷時に、大きさが等しく逆符号の変化を
示す。従って、この場合、図3(d)のような加算器2
6によって差圧の影響を相殺することができる。
However, the stress acting on the gauge resistor strongly depends on the distance from the differential pressure diaphragm, as shown in FIG. By utilizing this, the gauge resistor 5 on the fixed part is placed closer to the differential pressure diaphragm than the gauge resistor 6 on the static pressure detection diaphragm, and placed in a position where equal stress is applied, as shown in FIG.
The resistance value changes as shown in . In this diagram, gauge resistance 5
and 6 change equally including the sign, and the gauge resistance 8 is 6
It changes with the opposite sign compared to . Therefore, as shown in FIG. 3(b), connect the constant current source 24 and 5, 6 in series, set the voltages V2, V1 between both gauge resistors, and use the subtracter 25 shown in FIG. 3(c). This cancels out the effect of differential pressure. On the other hand, when static pressure is applied, the change in gauge resistance 5 is significantly smaller than the change in gauge resistance 6, so even if subtracted, an output is generated due to the static pressure corresponding to the change in gauge resistance 5. In addition, in FIG. 3(b), the gauge resistance 5 is
When replaced with the gauge resistor 8 shown in (e), this time V1
, V2 exhibit changes of equal magnitude and opposite sign during differential pressure loading. Therefore, in this case, the adder 2 as shown in FIG. 3(d)
6 can cancel out the influence of differential pressure.

【0034】以上の動作を数式的に説明する。静圧セン
サはゲージ抵抗5,6で構成され図3(b)のように結
線されている。定電流Iで励起すれば静圧センサの出力
vは、
The above operation will be explained mathematically. The static pressure sensor is composed of gauge resistors 5 and 6, which are connected as shown in FIG. 3(b). When excited with a constant current I, the output v of the static pressure sensor is

【0035】[0035]

【数2】[Math 2]

【0036】となる。ここでR50,R60は差圧ΔP
、静圧Psが共に0のときの抵抗値、ΔR5,ΔR6は
差圧,静圧が付加されたときの変化量である。この値は
[0036] Here, R50 and R60 are differential pressure ΔP
, the resistance value when static pressure Ps is both 0, and ΔR5 and ΔR6 are the amount of change when differential pressure and static pressure are added. This value is

【0037】[0037]

【数3】[Math 3]

【0038】[0038]

【数4】[Math 4]

【0039】と表される。ここで、r,r′は差圧ダイ
アフラム9端から静圧ゲージ中心までの距離、x,x′
は基板の最近接辺からの距離である。R5とR6で第2
項g(x,Ps),G(x′,Ps)が異なる理由は、
R5 は固定部上に配置された弾性率差利用の静圧検出
用ゲージ抵抗であり、R6 は静圧検出用ダイアフラム
上に形成された絶対圧型の静圧検出用ゲージ抵抗となっ
ているためで、
It is expressed as follows. Here, r, r' are the distances from the end of the differential pressure diaphragm 9 to the center of the static pressure gauge, x, x'
is the distance from the nearest side of the board. 2nd with R5 and R6
The reason why the terms g(x, Ps) and G(x', Ps) are different is
This is because R5 is a static pressure detection gauge resistor placed on the fixed part and uses the difference in elastic modulus, and R6 is an absolute pressure type static pressure detection gauge resistor formed on the static pressure detection diaphragm. ,

【0040】[0040]

【数5】[Math 5]

【0041】数5の関係がある。There is a relationship shown in equation 5.

【0042】数3,数4式で、R50とR60が等しく
R0 となるように形成し、図16,図4に示したよう
にr=r1,r′=r2の位置に配置すれば、差圧ΔP
に依存する第1項の値が同じなのでうち消され数2式は
Using Equations 3 and 4, if R50 and R60 are formed to be equal to R0 and placed at the positions r=r1 and r'=r2 as shown in FIGS. 16 and 4, the difference is Pressure ΔP
Since the value of the first term that depends on is the same, the equation 2 is canceled out,

【0043】[0043]

【数6】[Math 6]

【0044】となる、前述のように、静圧Ps の一次
係数Δg/ΔPs|Ps=0とΔG/ΔPs|Ps=0
はゲージ抵抗が静圧検出用ダイアフラム上にある場合と
固定部上にある場合では大きく異なる。故にこの差を取
れば数5のように差圧影響項f(r,ΔP)、F(r,
ΔP)は除かれ、静圧による項が残るので、差圧の影響
のない静圧センサを構成することができる。
As mentioned above, the linear coefficient Δg/ΔPs|Ps=0 and ΔG/ΔPs|Ps=0 of the static pressure Ps
differs greatly between when the gauge resistance is on the static pressure detection diaphragm and when it is on the fixed part. Therefore, if this difference is taken, the differential pressure influence terms f(r, ΔP) and F(r,
ΔP) is removed, and the term due to static pressure remains, so it is possible to construct a static pressure sensor that is not affected by differential pressure.

【0045】次に、上記複合センサの詳細構成を図5を
用いて説明する。
Next, the detailed configuration of the above composite sensor will be explained using FIG. 5.

【0046】図5(a)は複合センサの平面図であり、
(b)は前記平面図のA−A断面図である。また、(c
)は上記静圧センサと差圧センサを結線した時の結線例
である。(a)において1〜4はシリコン単結晶からな
る半導体基板10にイオン打ち込みや熱拡散により不純
物をドーピングした差圧検出用ゲージ抵抗である。 これらは、アルカリエッチングまたはドライエッチング
等で加工されたダイアフラム9の領域内に形成されてい
る。5〜8は静圧検出用のゲージ抵抗であり、6は静圧
用ダイアフラム12a上に形成され、7はこれとは別の
静圧用ダイアフラム12b上に形成されている。また、
差圧負荷によってゲージ抵抗6と7に応力が発生する。 この応力と等しい大きさの応力が発生する位置にゲージ
抵抗5と8を形成している。ゲージ抵抗30は温度ゲー
ジであり、固定部に配置されている。さらに、温度ゲー
ジ30は応力による感度の無い<100>方向に配置さ
れている。13a〜13fは電極パッドである。図5(
c)のように結線した後、13a〜13b間に定電圧を
印加して13c〜13d間で差圧出力を、13e〜13
f間で静圧を得る構成となっている。
FIG. 5(a) is a plan view of the composite sensor.
(b) is a sectional view taken along the line AA in the plan view. Also, (c
) is an example of wiring when the static pressure sensor and differential pressure sensor are connected. In (a), reference numerals 1 to 4 are gauge resistors for differential pressure detection, which are obtained by doping impurities into a semiconductor substrate 10 made of a silicon single crystal by ion implantation or thermal diffusion. These are formed within a region of the diaphragm 9 that has been processed by alkali etching, dry etching, or the like. 5 to 8 are gauge resistors for detecting static pressure, 6 is formed on the static pressure diaphragm 12a, and 7 is formed on another static pressure diaphragm 12b. Also,
Stress is generated in the gauge resistors 6 and 7 due to the differential pressure load. Gauge resistors 5 and 8 are formed at positions where a stress equal to this stress is generated. Gauge resistor 30 is a temperature gauge and is arranged at a fixed part. Further, the temperature gauge 30 is arranged in the <100> direction without sensitivity to stress. 13a to 13f are electrode pads. Figure 5 (
After connecting as in c), apply a constant voltage between 13a and 13b to output differential pressure between 13c and 13d, and output the differential pressure between 13e and 13d.
The configuration is such that static pressure is obtained between f.

【0047】また、図5(b)に記載されている11は
、ほう珪酸ガラス等から成る半導体基板10の固定台で
ある。この複合センサに差圧が負荷された場合、図4に
示すようにゲージ抵抗5と6が抵抗値を増加させたとす
れば、ゲージ抵抗7と8は値が等しく逆符号の変化を示
す。従って、図5(c)のようなブリッジ回路を構成し
て差圧により変動しない静圧センサ出力を得ることがで
きる。
Further, reference numeral 11 shown in FIG. 5(b) is a fixing stand for the semiconductor substrate 10 made of borosilicate glass or the like. When a differential pressure is applied to this composite sensor, if gauge resistors 5 and 6 increase their resistance values as shown in FIG. 4, gauge resistors 7 and 8 have equal values and exhibit changes of opposite signs. Therefore, by configuring a bridge circuit as shown in FIG. 5(c), it is possible to obtain a static pressure sensor output that does not vary due to differential pressure.

【0048】また、従来の弾性率差を利用した静圧セン
サでは静圧約100気圧による抵抗値変化が約0.5%
 程度と小さかったのに対し、本実施例では、絶対圧型
の静圧センサを含むために、抵抗値変化を約10倍の5
%にアップすることが可能となった。すなわち、従来の
弾性率差を利用した静圧センサに比べ静圧に対する感度
を約10倍にできるものである。
[0048] In addition, in the conventional static pressure sensor that uses the difference in elastic modulus, the change in resistance value due to a static pressure of about 100 atm is about 0.5%.
However, in this example, since the absolute pressure type static pressure sensor is included, the change in resistance value is reduced by about 10 times to 5.
It is now possible to increase the percentage. That is, the sensitivity to static pressure can be increased approximately 10 times as compared to conventional static pressure sensors that utilize differences in elastic modulus.

【0049】このような構成とすることによって静圧検
出用ダイアフラムの径を小さく構成することができると
ともに、静圧センサに作用する差圧の影響を取り除くこ
とができ差圧を正確に測定できるため、小型で高精度の
差圧検出器を実現することができる。
With this configuration, the diameter of the static pressure detection diaphragm can be made small, and the influence of the differential pressure acting on the static pressure sensor can be removed, making it possible to accurately measure the differential pressure. , it is possible to realize a small and highly accurate differential pressure detector.

【0050】図6に本発明の複合センサの他の実施例を
示す。
FIG. 6 shows another embodiment of the composite sensor of the present invention.

【0051】本図は静圧センサ用ダイアフラム12を一
つだけ設け、そこに静圧検出用ゲージ抵抗6と7を同方
向に設けたものである。これらゲージ抵抗の静圧出力は
電極パッド13a,13bに電圧を印加し、電極パッド
13fと13eから得られる。このような構成とするこ
とによって、静圧ダイアフラムが1つで済むため、図5
の例に比べて加工,配線が簡単になり小型化が図れる。
In this figure, only one diaphragm 12 for static pressure sensor is provided, and gauge resistors 6 and 7 for static pressure detection are provided therein in the same direction. Static pressure outputs from these gauge resistors are obtained from electrode pads 13f and 13e by applying voltage to electrode pads 13a and 13b. With this configuration, only one static pressure diaphragm is required, so
Compared to the example above, processing and wiring are easier and the size can be reduced.

【0052】以上の複合センサの説明では図5の実施例
のように温度センサについては何ら説明しなかったが(
図示せず)、本実施例でも半導体基板10上には温度変
化による抵抗値変化を測定する専用のゲージ抵抗が配置
されている。
In the above explanation of the composite sensor, no explanation was given regarding the temperature sensor as in the embodiment shown in FIG.
(not shown), a dedicated gauge resistor is disposed on the semiconductor substrate 10 in this embodiment as well to measure changes in resistance due to temperature changes.

【0053】図7に本発明の複合センサの他の実施例を
示す。本図は静圧検出用のゲージ抵抗5〜8を差圧検出
用ダイアフラムに対し〈100〉方向に配置したもので
ある。このような構成とすれば、差圧負荷に基づく応力
σはゲージ抵抗5〜8に対し斜め45度に働く。ゲージ
の抵抗変化は
FIG. 7 shows another embodiment of the composite sensor of the present invention. In this figure, gauge resistors 5 to 8 for detecting static pressure are arranged in the <100> direction with respect to the diaphragm for detecting differential pressure. With such a configuration, the stress σ based on the differential pressure load acts on the gauge resistances 5 to 8 at an angle of 45 degrees. The resistance change of the gauge is

【0054】[0054]

【数7】[Math 7]

【0055】で与えられる。ここで、πlは長手方向の
ピエゾ抵抗係数、πtは横手方向のピエゾ抵抗係数、σ
lは長手方向の応力、σtは横手方向の応力を表す。
It is given by: Here, πl is the piezoresistance coefficient in the longitudinal direction, πt is the piezoresistance coefficient in the lateral direction, and σ
l represents stress in the longitudinal direction, and σt represents stress in the transverse direction.

【0056】ゲージが〈110〉方向に配列されている
本実施例の場合、πl=0.5π44、πt=−0.5
π44(π44は剪断のピエゾ抵抗係数)であり、かつ
In the case of this embodiment in which the gauges are arranged in the <110> direction, πl=0.5π44, πt=−0.5
π44 (π44 is the shear piezoresistance coefficient), and

【0057】[0057]

【数8】[Math. 8]

【0058】であるから、各々代入して、ΔR/R=0
となる。従って、本実施例によれば静圧センサに及ぶ差
圧負荷の影響を相殺することができる。
Therefore, by substituting each, ΔR/R=0
becomes. Therefore, according to this embodiment, the influence of the differential pressure load on the static pressure sensor can be offset.

【0059】そこで本発明では図8に示すような加工を
する。すなわち、異方性エッチングにより形成される差
圧検出用ダイアフラム9の<110>方向の辺に最近接
するように静圧検出用ダイアフラム12a,12bを設
けたものである。このような配置を取ると、差圧検出用
ダイアフラム9と静圧検出用ダイアフラム12a,12
bの間隔dは高精度にエッチング加工できる。従って、
図5に図示した固定台11との接着面積を一定に保つこ
とができ、歩留まりの向上が図れる。
Therefore, in the present invention, processing as shown in FIG. 8 is performed. That is, the static pressure detection diaphragms 12a and 12b are provided closest to the side in the <110> direction of the differential pressure detection diaphragm 9 formed by anisotropic etching. With this arrangement, the differential pressure detection diaphragm 9 and the static pressure detection diaphragms 12a, 12
The distance d between b can be etched with high precision. Therefore,
The adhesive area with the fixing base 11 shown in FIG. 5 can be kept constant, and the yield can be improved.

【0060】図9(a)に本発明の複合センサの他の実
施例を示す。
FIG. 9(a) shows another embodiment of the composite sensor of the present invention.

【0061】本図は、差圧検出用ダイアフラム9にチッ
プの厚さとほぼ等しい中心剛体部14を設けたものであ
る。さらに、ダイアフラム9,12の薄化に異方性エッ
チングを用い、上記中心剛体部形状14を八角形とした
ものである。異方性エッチングを用いる場合図9(b)
に示した<111>面で囲まれる四角形状の中心剛体部
が最も形成され易いが、エッチングマスクの設計により
、{100}面のウエハでは八角形以上、{110}面
のウエハでは六角形以上の多角形中心剛体部を形成する
ことができる。この様に、六角形以上の中心剛体部形状
とすることにより、四角形に比較し、角部の応力集中を
緩和でき耐圧の向上を図れる。
In this figure, a diaphragm 9 for detecting differential pressure is provided with a central rigid body portion 14 having a thickness substantially equal to the thickness of the chip. Furthermore, anisotropic etching is used to thin the diaphragms 9 and 12, and the shape of the central rigid body portion 14 is made octagonal. When using anisotropic etching Figure 9(b)
Although the rectangular central rigid body surrounded by <111> planes shown in Figure 1 is most likely to be formed, due to the design of the etching mask, it is more than octagonal for {100} plane wafers, and hexagonal or more for {110} plane wafers. A polygonal central rigid body part can be formed. In this way, by making the center rigid body shape hexagonal or more, stress concentration at the corners can be alleviated and the withstand pressure can be improved compared to a square shape.

【0062】図10に本発明の複合センサの他の実施例
を示す。
FIG. 10 shows another embodiment of the composite sensor of the present invention.

【0063】本図は差圧検出用ダイアフラム9の上面か
ら、差圧ゲージ1,4と2,3を連結する領域(梁)1
5を残してエッチングし、薄化したものである。
This figure shows a region (beam) 1 connecting the differential pressure gauges 1, 4 and 2, 3 from the top surface of the differential pressure detection diaphragm 9.
5 was etched and thinned except for 5.

【0064】センサの感度は(ダイアフラム面積)/(
薄肉部板厚)2でほぼ決定される。従って、図10のよ
うな構造とし、差圧センサ感度を一定に保つものとすれ
ば、ダイアフラム面積が小さくなり、よってセンサチッ
プを薄化前と同一サイズとすれば、感度の向上が図れる
。さらに梁構造とすることにより、差圧センサの非直線
性を低減することができる。
The sensitivity of the sensor is (diaphragm area)/(
It is almost determined by the thickness of the thin section (plate thickness) 2. Therefore, if the structure is as shown in FIG. 10 and the sensitivity of the differential pressure sensor is kept constant, the diaphragm area will be reduced, and if the sensor chip is made the same size as before thinning, the sensitivity can be improved. Furthermore, by using a beam structure, non-linearity of the differential pressure sensor can be reduced.

【0065】さらに表面からのエッチングに等方的ウエ
ットエッチングを用いることにすれば、表面と裏面を同
時にエッチングすることができ、工程時間の短縮が図れ
る。加えて、異方性エッチング後の角部が等方的エッチ
ングにより丸められ、耐圧が向上する。
Furthermore, if isotropic wet etching is used for etching from the front surface, the front and back surfaces can be etched at the same time, reducing process time. In addition, the corners after anisotropic etching are rounded by isotropic etching, improving breakdown voltage.

【0066】図11は、シリコン単結晶{100}面を
異方性エッチングする場合の基板不純物濃度とエッチン
グレートとの関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between substrate impurity concentration and etching rate when a silicon single crystal {100} plane is anisotropically etched.

【0067】この図からわかるように、不純物濃度を2
×1018/cm3 以下とすることにより、高速エッ
チングを達成でき、センサ製作時間の短縮を図ることが
できる。
As can be seen from this figure, the impurity concentration is reduced to 2.
By setting it to 1018/cm3 or less, high-speed etching can be achieved and the sensor manufacturing time can be shortened.

【0068】上記の複合センサを図2の差圧伝送器に組
み込み信号処理回路106で信号処理して流量を測定し
図1の制御装置500に送信する。図12に信号処理回
路106のブロック図を示す。複合センサ16の差圧,
静圧,温度によるゲージ抵抗の変化を出力し、マルチプ
レクサ17に選択的に取り込まれ、プログラマブルゲイ
ンアンプ18で増幅される。次にA/D変換器19でデ
ジタル信号に変換され、マイクロコンピュータ21に送
信される。メモリ20には差圧,静圧,温度センサの各
特性が予め記憶されており、このデータを用いてマイク
ロコンピュータ21でセンサ出力を補正し、高精度に差
圧及び静圧を検出する。検出した差圧と静圧はD/A変
換器22で再びアナログ信号に変換し、電圧−電流変換
器23を介して制御装置500へ出力する構成と成って
いる。
The composite sensor described above is incorporated into the differential pressure transmitter shown in FIG. 2, and the signal is processed by the signal processing circuit 106 to measure the flow rate and transmitted to the control device 500 shown in FIG. FIG. 12 shows a block diagram of the signal processing circuit 106. Differential pressure of composite sensor 16,
Changes in gauge resistance due to static pressure and temperature are output, selectively taken into the multiplexer 17, and amplified by the programmable gain amplifier 18. Next, the signal is converted into a digital signal by the A/D converter 19 and sent to the microcomputer 21. The characteristics of the differential pressure, static pressure, and temperature sensor are stored in advance in the memory 20, and using this data, the microcomputer 21 corrects the sensor output and detects the differential pressure and static pressure with high precision. The detected differential pressure and static pressure are again converted into analog signals by the D/A converter 22 and output to the control device 500 via the voltage-current converter 23.

【0069】上記構成の特徴的な部分は、以下に述べる
メモリ20とマイクロコンピュータ21の部分である。 すなわち、メモリ20に差圧,静圧,温度の特性を補正
マップとして予め記憶させる。補正マップは差圧センサ
出力Ed,静圧センサ出力Es、温度センサ出力Etを
三次元的に表したものである。マイクロコンピュータ2
1では図13(a)の処理手順に従って処理を行う。す
なわち、静圧センサと温度センサの出力から補正マップ
202を用いて正確な静圧を求め、これを出力する。こ
の静圧出力を用いて差圧出力の補正を行う。次に、この
補正された差圧センサ出力を補正マップ203を用いて
温度の補正を行い、正確な差圧出力を得る。従来の複合
センサでは、静圧の出力に差圧の影響が大きく加算され
ていたため、静圧の影響を取り除くため、図13(b)
に示すように複雑な処理を行っていた(すなわち、静圧
センサに作用する差圧の影響を補正する必要があり、こ
の処理工程が必要であった)。本発明では、ほぼ静圧だ
けを抽出できるため処理も簡単化されている。図14に
この補正のフローチャートを示す。まず、S1で静圧出
力Esと温度出力Etを読み込み、次にS2で差圧セン
サに対する影響値Ekdと温度補正された正確な静圧E
s′を求める。次に、差圧センサの出力Edを取り込み
S3、差圧センサの出力から先に求めた影響値Ekdを
除去して、温度センサの出力Etから温度補正して正確
な差圧Ed′を求める。
Characteristic parts of the above configuration are the memory 20 and microcomputer 21 described below. That is, the characteristics of differential pressure, static pressure, and temperature are stored in advance in the memory 20 as a correction map. The correction map is a three-dimensional representation of the differential pressure sensor output Ed, the static pressure sensor output Es, and the temperature sensor output Et. microcomputer 2
1, processing is performed according to the processing procedure shown in FIG. 13(a). That is, accurate static pressure is determined from the outputs of the static pressure sensor and the temperature sensor using the correction map 202, and this is output. This static pressure output is used to correct the differential pressure output. Next, the temperature of this corrected differential pressure sensor output is corrected using the correction map 203 to obtain an accurate differential pressure output. In conventional composite sensors, the influence of differential pressure was significantly added to the static pressure output, so in order to remove the influence of static pressure, the
As shown in (in other words, it was necessary to correct the influence of the differential pressure acting on the static pressure sensor, and this processing step was necessary). In the present invention, since almost only static pressure can be extracted, processing is also simplified. FIG. 14 shows a flowchart of this correction. First, in S1, the static pressure output Es and the temperature output Et are read, and then in S2, the influence value Ekd on the differential pressure sensor and the temperature-corrected accurate static pressure E are read.
Find s'. Next, the output Ed of the differential pressure sensor is taken in S3, the previously determined influence value Ekd is removed from the output of the differential pressure sensor, and the temperature is corrected from the output Et of the temperature sensor to determine an accurate differential pressure Ed'.

【0070】以上のように、本発明の差圧伝送器を用い
れば演算処理も簡単になり、正確な差圧と静圧を検出で
き、プラントシステムの流量検出用に小型化も図れると
いう効果を有する。
As described above, by using the differential pressure transmitter of the present invention, calculation processing becomes simple, accurate differential pressure and static pressure can be detected, and the device can be miniaturized for flow rate detection in plant systems. have

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明によれば、静圧センサに現れる差
圧の影響をほぼ0にできる。このため、差圧影響の特性
補正が不要と成り、差圧測定精度を向上できる。さらに
、静圧や温度の補正手順が簡略化され特性測定に関する
処理時間の短縮が図れプラント全体の制御性能が向上す
るという効果がある。
According to the present invention, the influence of the differential pressure appearing on the static pressure sensor can be reduced to almost zero. Therefore, it is not necessary to correct the characteristics due to the influence of differential pressure, and the accuracy of differential pressure measurement can be improved. Furthermore, the correction procedure for static pressure and temperature is simplified, the processing time related to characteristic measurement is shortened, and the control performance of the entire plant is improved.

【0072】さらに本発明によれば、差圧と静圧を高精
度に検出できるため、差圧伝送器の機能と圧力伝送器の
機能を1台で達成できるという効果がある。
Further, according to the present invention, since differential pressure and static pressure can be detected with high precision, there is an advantage that the functions of a differential pressure transmitter and a pressure transmitter can be achieved with a single device.

【0073】さらに本発明のセンサ基板の加工方法を取
ることによって精度の高い加工をすることができ、セン
サの検出精度の向上も図ることができる。
Furthermore, by employing the sensor substrate processing method of the present invention, highly accurate processing can be performed, and the detection accuracy of the sensor can also be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明のインテリジェント伝送器を用いたプラ
ントシステムの全体構成図。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a plant system using an intelligent transmitter of the present invention.

【図2】インテリジェント伝送器の全体構成図。FIG. 2 is an overall configuration diagram of an intelligent transmitter.

【図3】本発明の複合センサの静圧検出方法の原理説明
図。
FIG. 3 is a diagram explaining the principle of the static pressure detection method of the composite sensor of the present invention.

【図4】静圧検出ゲージの差圧変化時の抵抗変化率を示
した図。
FIG. 4 is a diagram showing the rate of change in resistance of the static pressure detection gauge when the differential pressure changes.

【図5】本発明の複合センサの一実施例の全体構成図。FIG. 5 is an overall configuration diagram of an embodiment of the composite sensor of the present invention.

【図6】本発明の複合センサの他の実施例。FIG. 6 shows another embodiment of the composite sensor of the present invention.

【図7】本発明の複合センサの他の実施例。FIG. 7 shows another embodiment of the composite sensor of the present invention.

【図8】本発明の複合センサの製造方法を説明する図。FIG. 8 is a diagram illustrating a method for manufacturing a composite sensor of the present invention.

【図9】本発明の複合センサの他の実施例。FIG. 9 shows another embodiment of the composite sensor of the present invention.

【図10】本発明の複合センサの他の実施例。FIG. 10 shows another embodiment of the composite sensor of the present invention.

【図11】センサ基板の不純物濃度とエッチングレート
の特性図。
FIG. 11 is a characteristic diagram of impurity concentration and etching rate of a sensor substrate.

【図12】本発明の信号処理回路のブロック図。FIG. 12 is a block diagram of a signal processing circuit of the present invention.

【図13】差圧検出のブロック図。FIG. 13 is a block diagram of differential pressure detection.

【図14】信号の処理フローを示した図である。FIG. 14 is a diagram showing a signal processing flow.

【図15】静圧センサによぶ差圧の影響を示した図。FIG. 15 is a diagram showing the influence of differential pressure on a static pressure sensor.

【図16】ゲージ抵抗の位置と差圧影響との関係を示し
た図。
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the position of the gauge resistance and the influence of differential pressure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜4…差圧検出用ゲージ抵抗、5〜8…静圧検出用ゲ
ージ抵抗、9…差圧検出用ダイアフラム、10…センサ
基板(エッチングウエハ)、11…センサ基板固定台、
12…静圧検出用ダイアフラム。
1-4... Gauge resistance for differential pressure detection, 5-8... Gauge resistance for static pressure detection, 9... Diaphragm for differential pressure detection, 10... Sensor substrate (etching wafer), 11... Sensor substrate fixing stand,
12...Diaphragm for static pressure detection.

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の感歪ゲージ素子を形成した1つのセ
ンサ基板と、前記センサ基板を支持する固定台からなる
複合センサにおいて、前記センサ基板に形成した差圧検
出用ダイアフラムとは別に、1個以上の静圧検出用ダイ
アフラムを設け、前記静圧検出用ダイアフラム上に形成
した感歪ゲージ素子と、前記センサ基板の固定部上に形
成した感歪ゲージ素子とで構成した静圧検出手段を有す
ることを特徴とする複合センサ。
Claims: 1. A composite sensor comprising one sensor substrate on which a plurality of strain-sensitive gauge elements are formed and a fixing base for supporting the sensor substrate, in which, in addition to a differential pressure detection diaphragm formed on the sensor substrate, one A static pressure detecting means is provided with at least one static pressure detecting diaphragm, and is composed of a strain sensitive gauge element formed on the static pressure detecting diaphragm, and a strain sensitive gauge element formed on a fixed part of the sensor substrate. A composite sensor comprising:
【請求項2】請求項1において、前記静圧検出用ダイア
フラム上に形成した感歪ゲージ素子と、前記固定部上に
形成した感歪ゲージ素子とを、差圧負荷による応力が等
しい大きさで働く位置に形成したことを特徴とする複合
センサ。
2. In claim 1, the strain sensitive gauge element formed on the static pressure detection diaphragm and the strain sensitive gauge element formed on the fixed part are arranged so that the stress due to the differential pressure load is equal in magnitude. A composite sensor characterized by being formed at a working position.
【請求項3】請求項1において、前記固定部上に形成し
た感歪ゲージ素子を前記静圧検出用ダイアフラム上に形
成した感歪ゲージ素子よりも前記差圧検出用ダイアフラ
ムに接近させて設けたことを特徴とする複合センサ。
3. In claim 1, the strain sensitive gauge element formed on the fixed part is provided closer to the differential pressure detecting diaphragm than the strain sensitive gauge element formed on the static pressure detecting diaphragm. A composite sensor characterized by:
【請求項4】請求項1において、前記差圧検出用ダイア
フラムの感歪ゲージ素子形成面とは反対面からのエッチ
ング深さを、前記静圧検出用ダイアフラムのエッチング
深さと同じ深さで形成したことを特徴とする複合センサ
4. In claim 1, the diaphragm for differential pressure detection is etched to the same depth from the surface opposite to the surface on which the strain-sensitive gauge element is formed as the etching depth of the diaphragm for static pressure detection. A composite sensor characterized by:
【請求項5】請求項1において、前記センサ基板をシリ
コン単結晶で形成し、前記感歪ゲージ素子は前記センサ
基板とは導伝性の異なるピエゾ抵抗素子からなることを
特徴とする複合センサ。
5. The composite sensor according to claim 1, wherein the sensor substrate is made of silicon single crystal, and the strain sensitive gauge element is made of a piezoresistive element having a different conductivity from that of the sensor substrate.
【請求項6】一つのセンサ基板上に設けた差圧センサ,
静圧センサ及び温度センサよりなる複合センサの静圧検
出方法において、差圧検出用とは別に設けた静圧検出用
ダイアフラム上に形成した感歪ゲージ素子と、固定部上
に形成した感歪ゲージ素子との出力信号を処理し、差圧
によるクロストークを相殺することを特徴とする複合セ
ンサの静圧検出方法。
[Claim 6] A differential pressure sensor provided on one sensor substrate;
In a static pressure detection method using a composite sensor consisting of a static pressure sensor and a temperature sensor, a strain-sensitive strain gauge element formed on a static pressure detection diaphragm provided separately from that for differential pressure detection, and a strain-sensitive strain gauge formed on a fixed part are used. A static pressure detection method for a composite sensor, characterized by processing an output signal with an element and canceling crosstalk due to differential pressure.
【請求項7】一つのセンサ基板上に設けた差圧検出用ダ
イアフラム上に形成した感歪ゲージ素子と、前記差圧検
出用ダイアフラムとは別に設けた静圧検出用ダイアフラ
ム上に形成した感歪ゲージ素子と固定部上に形成した感
歪ゲージ素子、及び温度検出用非感歪ゲージ素子の出力
信号を処理する信号処理手段により構成され、差圧,静
圧,温度を別々に検出することを特徴とする複合センサ
7. A strain-sensitive gauge element formed on a differential pressure detection diaphragm provided on one sensor substrate, and a strain-sensitive strain gauge element formed on a static pressure detection diaphragm provided separately from the differential pressure detection diaphragm. It consists of a gauge element, a strain sensitive gauge element formed on a fixed part, and a signal processing means for processing the output signals of the non-sensitive strain gauge element for temperature detection, and is capable of separately detecting differential pressure, static pressure, and temperature. Features a composite sensor.
【請求項8】{100}面単結晶半導体基板を異方性エ
ッチングすることによりダイアフラムを形成してなる複
合センサにおいて、静圧検出用ダイアフラムを差圧検出
用ダイアフラムの中心から〈100〉方向に配列するこ
とを特徴とする複合センサ。
8. In a composite sensor in which a diaphragm is formed by anisotropically etching a {100} plane single crystal semiconductor substrate, the diaphragm for static pressure detection is arranged in the <100> direction from the center of the diaphragm for differential pressure detection. A composite sensor characterized by an array.
【請求項9】差圧,静圧を検出する歪ゲージ素子からな
るセンシング手段と、前記センシング手段を保護する受
圧手段とからなる複合伝送器において、前記センシング
手段はセンサ基板に設けた差圧検出用ダイアフラム上に
形成した差圧検出用感歪ゲージ素子で構成された差圧検
出手段と、前記差圧検出用ダイアフラムとは別に設けた
静圧検出用ダイアフラム上に形成した感歪ゲージ素子と
固定部上に形成した感歪ゲージ素子とからなる静圧検出
手段とで構成されることを特徴とする複合伝送器。
9. A composite transmitter comprising sensing means comprising a strain gauge element for detecting differential pressure and static pressure, and pressure receiving means for protecting the sensing means, wherein the sensing means is a differential pressure detector provided on a sensor substrate. A differential pressure sensing means constituted by a strain sensitive gauge element for detecting differential pressure formed on a diaphragm for detecting differential pressure, and a strain sensitive gauge element formed on a diaphragm for static pressure detection provided separately from the diaphragm for detecting differential pressure and fixed thereto. What is claimed is: 1. A composite transmitter comprising: a static pressure detecting means comprising a strain sensitive gauge element formed on a portion thereof;
【請求項10】請求項9において、センサ基板の固定部
上に温度検出用非感歪ゲ−ジ素子を形成したことを特徴
とする複合伝送器。
10. The composite transmitter according to claim 9, wherein a non-sensitive strain gauge element for detecting temperature is formed on the fixed portion of the sensor substrate.
【請求項11】請求項9において、静圧検出手段は前記
静圧検出用ダイアフラム上に形成した感歪ゲージ素子と
、前記固定部上に形成した感歪ゲージ素子とから成り、
これらを差圧負荷による応力が等しい大きさで働く位置
に形成したことを特徴とする複合伝送器。
11. In claim 9, the static pressure detection means comprises a strain sensitive gauge element formed on the static pressure detection diaphragm and a strain sensitive gauge element formed on the fixed part,
A composite transmitter characterized in that these are formed at positions where stress due to differential pressure load acts in an equal magnitude.
【請求項12】請求項9において、前記固定部上に形成
した感歪ゲージ素子を前記静圧検出用ダイアフラム上に
形成した感歪ゲージ素子よりも前記差圧検出用ダイアフ
ラムに接近させて設けたことを特徴とする複合伝送器。
12. In claim 9, the strain sensitive gauge element formed on the fixed part is provided closer to the differential pressure detecting diaphragm than the strain sensitive gauge element formed on the static pressure detecting diaphragm. A composite transmitter characterized by:
【請求項13】請求項9において、前記差圧検出用ダイ
アフラムの感歪ゲージ素子形成面とは反対面からのエッ
チング深さを、前記静圧検出用ダイアフラムのエッチン
グ深さと同じ深さで形成したことを特徴とする複合伝送
器。
13. In claim 9, the etching depth of the differential pressure detection diaphragm from a surface opposite to the strain-sensitive gauge element forming surface is the same as the etching depth of the static pressure detection diaphragm. A composite transmitter characterized by:
【請求項14】請求項9において、前記センサ基板をシ
リコン単結晶で形成し、前記感歪ゲージ素子は前記セン
サ基板とは導伝性の異なるピエゾ抵抗素子からなること
を特徴とする複合伝送器。
14. The composite transmitter according to claim 9, wherein the sensor substrate is made of silicon single crystal, and the strain-sensitive gauge element is made of a piezoresistive element having a different conductivity from that of the sensor substrate. .
【請求項15】差圧,静圧を検出する歪ゲージ素子から
なるセンシング手段と、前記センシング手段を保護する
受圧手段と、前記センシング手段の出力信号を演算処理
する信号処理する手段とからなる複合伝送器において、
前記センシング手段はセンサ基板に設けた差圧検出用ダ
イアフラム上に形成した差圧検出用感歪ゲージ素子で構
成された差圧検出手段と、前記差圧検出用ダイアフラム
とは別に設けた静圧検出用ダイアフラム上に形成した感
歪ゲージ素子と固定部上に形成した感歪ゲージ素子とか
らなる静圧検出手段とで構成されることを特徴とする複
合伝送器。
15. A composite device comprising sensing means comprising a strain gauge element for detecting differential pressure and static pressure, pressure receiving means for protecting the sensing means, and signal processing means for processing the output signal of the sensing means. In the transmitter,
The sensing means includes a differential pressure detecting means composed of a differential pressure sensitive strain gauge element formed on a differential pressure detecting diaphragm provided on a sensor board, and a static pressure detecting means provided separately from the differential pressure detecting diaphragm. What is claimed is: 1. A composite transmitter comprising static pressure detection means comprising a strain sensitive gauge element formed on a diaphragm and a strain sensitive gauge element formed on a fixed part.
【請求項16】前記信号処理手段は前記静圧検出手段の
出力の温度変化による影響を前記温度検出手段の出力を
用いて補正し、前記差圧検出手段の出力の静圧変化によ
る影響を前記補正された静圧値を用いて補正し、さらに
、前記温度検出手段の出力を用いて補正することを特徴
とする複合伝送器。
16. The signal processing means corrects the influence of temperature change on the output of the static pressure detection means using the output of the temperature detection means, and corrects the influence of the static pressure change on the output of the differential pressure detection means. A composite transmitter characterized in that the correction is performed using the corrected static pressure value, and further the correction is performed using the output of the temperature detection means.
【請求項17】請求項16において、前記信号処理手段
はマイクロプロセッサとメモリとで構成され、前記メモ
リには、温度変化に対する静圧又は差圧の関係を3次元
マップデータとして記録し、前記マイクロプロセッサで
前記センシング手段の検出値を前記メモリに記録された
データに基づいて補正することを特徴とするインテリジ
エント伝送器。
17. In claim 16, the signal processing means comprises a microprocessor and a memory, and the memory records the relationship between static pressure or differential pressure with respect to temperature change as three-dimensional map data, and An intelligent transmitter, characterized in that a processor corrects the detected value of the sensing means based on data recorded in the memory.
【請求項18】{100}面単結晶シリコンウエハを異
方性エッチングすることによりダイアフラムを形成して
なる複合センサの製造方法において、静圧検出用ダイア
フラムを差圧検出用ダイアフラムの<110>方向の辺
に最近接するように配列することを特徴とする複合セン
サの製造方法。
18. A method for manufacturing a composite sensor in which a diaphragm is formed by anisotropically etching a {100} plane single crystal silicon wafer, wherein the diaphragm for static pressure detection is arranged in the <110> direction of the diaphragm for differential pressure detection. A method for manufacturing a composite sensor, characterized in that the composite sensor is arranged so as to be closest to the side of the composite sensor.
【請求項19】請求項18において、前記静圧検出用ダ
イアフラムをセンサ基板の対角線上に配置するようにエ
ッチング加工することを特徴とする複合センサの製造方
法。
19. The method of manufacturing a composite sensor according to claim 18, wherein etching is performed so that the static pressure detection diaphragm is disposed diagonally on the sensor substrate.
【請求項20】請求項18において、前記単結晶シリコ
ンウエハは不純物濃度が2×1018/cm3 以下の
ものを使用することを特徴とする複合センサの製造方法
20. The method of manufacturing a composite sensor according to claim 18, wherein the single crystal silicon wafer has an impurity concentration of 2×10 18 /cm 3 or less.
【請求項21】半導体基板に設けた差圧検出用ダイアフ
ラム上に形成された感歪ゲージ素子と、静圧検出用ダイ
アフラム上に形成された感歪ゲージと、固定部上に形成
された感歪ゲージと非感歪ゲージからなる複合センサに
おいて、前記半導体基板上の差圧検出用ダイアフラムを
六角形以上の多角形形状に形成したことを特徴とする複
合センサ。
21. A strain sensitive gauge element formed on a differential pressure detection diaphragm provided on a semiconductor substrate, a strain sensitive gauge formed on a static pressure detection diaphragm, and a strain sensitive gauge formed on a fixed part. A composite sensor comprising a gauge and a non-strain gauge, characterized in that the differential pressure detection diaphragm on the semiconductor substrate is formed in a polygonal shape of hexagon or more.
【請求項22】パイプライン中に設けられたオリフィス
の両端の圧力差から流量を測定する複合伝送器と、前記
複合伝送器の計測結果、及び入出力装置の指令に基づい
てパイプライン中の流量が所定値になるようにポンプ等
のアクチュエータへの指令信号を作成する制御装置から
なるプラントシステムにおいて、前記複合伝送器は、セ
ンサ基板に設けた差圧検出用ダイアフラム上に形成した
感歪ゲージ素子からなる差圧センサと、前記差圧検出用
ダイアフラムとは別に設けた静圧検出用ダイアフラム上
に形成した感歪ゲージ素子と固定部上に形成した感歪ゲ
ージ素子からなる静圧センサと、固定部上に形成された
非感歪ゲージ素子からなる温度センサとで構成されるセ
ンシング部と、温度による静圧センサの変化を補正する
手段と、前記静圧及び温度による差圧センサの変化を補
正する手段を有する信号処理部とを有することを特徴と
するプラントシステム。
22. A composite transmitter that measures the flow rate from the pressure difference between both ends of an orifice provided in a pipeline; and a composite transmitter that measures the flow rate in the pipeline based on the measurement results of the composite transmitter and commands from an input/output device. In a plant system consisting of a control device that creates a command signal to an actuator such as a pump so that the pressure becomes a predetermined value, the composite transmitter includes a strain-sensitive gauge element formed on a differential pressure detection diaphragm provided on a sensor board. a static pressure sensor consisting of a strain sensitive gauge element formed on a static pressure detection diaphragm provided separately from the differential pressure detection diaphragm and a strain sensitive gauge element formed on a fixed part; a sensing section comprising a temperature sensor made of a non-sensitive strain gauge element formed on the section; means for correcting changes in the static pressure sensor due to temperature; and means for correcting changes in the differential pressure sensor due to the static pressure and temperature. 1. A plant system comprising: a signal processing section having means for
【請求項23】請求項22において、前記複合伝送器は
、パイプラインを流れる流体の静圧と差圧を出力するこ
とを特徴とするプラントシステム。
23. The plant system according to claim 22, wherein the composite transmitter outputs static pressure and differential pressure of the fluid flowing through the pipeline.
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