JPH05172676A - 差圧測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入出力特性が向上され、小型化が図れる差圧
測定装置を提供する。 【構成】 ボディに設けられたセンターダイアフラムを
具備する差圧測定装置において、センター封液室を形成
し少なくとも測定範囲下では互いに密接している２枚の
センターダイアフラムと、センターダイアフラムの両側
に設けられた高圧側封液室と低圧側封液室と、ボディの
両側面に設けられそれぞれ高圧側隔液室と低圧側隔液室
とを形成する２個の隔液ダイアフラムと、ハウジングに
設けられ高圧側に過大圧保護機構或いは十分な耐圧機能
を有する半導体圧力センサと、高圧側隔液室と前記高圧
側封液室と低圧側封液室と半導体圧力センサの高圧側と
を連通する第１連通孔と、低圧側隔液室とセンター封液
室と半導体圧力センサの低圧側とを連通する第２連通孔
とを具備したことを特徴とする差圧測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入出力特性が向上され
且つ小型化が図れる差圧測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５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、例えば、実開昭６０―１８１６
４２号に示されている。図において、１はハウジング
で、円柱状の首部１Ａと、首部１Ａの端部外周縁部１Ｃ
において、溶接接続されたブロック状の受圧部１Ｂとよ
りなる。ハウジング１の両側に高圧側フランジ２、低圧
側フランジ３が溶接等によって固定されており、両フラ
ンジ２，３には測定せんとする圧力Ｐ_H の高圧流体の導
入口４、圧力Ｐ_L の低圧流体の導入口５が設けられてい
る。

【０００３】ハウジング１内に圧力測定室６が形成され
ており、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７と
シリコンダイアフラム８が設けられている。センタダイ
アフラム７とシリコンダイアフラム８はそれぞれ別個に
圧力測定室６の壁に固定されており、センタダイアフラ
ム７とシリコンダイアフラム８の両者でもって圧力測定
室６を２分している。センタダイアフラム７と対向する
圧力測定室６の壁には、バックプレ―ト６Ａ，６Ｂが形
成されている。

【０００４】センタダイアフラム７は周縁部をハウジン
グ１に溶接されている。シリコンダイアフラム８は、全
体が単結晶のシリコン基板から形成されている。シリコ
ン基板の一方の面にボロン等の不純物を選択拡散して４
っのストレンゲ―ジ８０を形成し、他方の面を機械加
工、エッチングし、全体が凹形のダイアフラムを形成す
る。４っのストレインゲ―ジ８０は、シリコンダイアフ
ラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、２つが引張り、２
つが圧縮を受けるようになっており、これらがホイ―ト
ストン・ブリッジ回路に接続され、抵抗変化が差圧ΔＰ
の変化として検出される。

【０００５】８１は、ストレインゲ―ジ８０に一端が取
付けられたリ―ドである。８２は、リ―ド８１の他端が
接続されたハ―メチック端子である。支持体９はハ―メ
チック端子を備えており、支持体９の圧力測定室６側端
面に低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラム
８が接着固定されている。ハウジング１と高圧側フラン
ジ２、および低圧側フランジ３との間に、圧力導入室１
０，１１が形成されている。

【０００６】この圧力導入室１０，１１内に隔液ダイア
フラム１２，１３を設け、この隔液ダイアフラム１２，
１３と対向するハウジング１の壁１０Ａ，１１Ａに隔液
ダイアフラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―ト
が形成されている。隔液ダイアフラム１２，１３とバッ
クプレ―ト１０Ａ，１１Ａとで形成される空間と、圧力
測定室６は、連通孔１４，１５を介して導通している。

【０００７】そして、隔液ダイアフラム１２，１３間に
シリコンオイル等の封入液１０１，１０２が満たされ、
この封入液が連通孔１６，１７を介してシリコンダイア
フラム８の上下面にまで至っている、封入液１０１，１
０２はセンタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８
とによって２分されているが、その量が、ほぼ均等にな
るように配慮されている。

【０００８】以上の構成において、高圧側から圧力が作
用した場合、隔液ダイアフラム１２に作用する圧力が、
封入液１０１によって、シリコンダイアフラム８に伝達
される。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダ
イアフラム１３に作用する圧力が封入液１０２によって
シリコンダイアフラム８に伝達される。

【０００９】この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応
じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がスト
レインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され、差圧の測
定が行なわれる。而して、高圧側或いは低圧側から過大
圧が印加された場合には、隔液ダイアフラム１２、或い
は１３がバックプレート１０Ａ，１１Ａに接して圧力セ
ンサ部分に過大圧が印加されるのを保護している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置においては、 （１）高圧側或いは低圧側から過大圧が印加された場合
の２方向に対して圧力センサ部分を保護する様にしてい
るが、圧力センサが一方向からの過大圧保護機構或いは
十分な耐圧機能を有する場合には、装置としては他方向
からの過大圧保護機構のみ有すればよい。 （２）両方向からの保護機能を確保するために，測定範
囲内に於いても、センターダイアフラム７が移動し，そ
れに伴う隔液ダイアフラム１２，１３の移動により入力
圧がドロップし、入出力特性が悪化する。

【００１１】本発明は、この問題点を、解決するもので
ある。本発明の目的は、入出力特性が向上され且つ小型
化が図れる差圧測定装置を提供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、センターダイアフラムと半導体圧力セン
サとを具備する差圧測定装置において、センター封液室
を形成し少なくとも測定範囲下では互いに密接している
２枚のセンターダイアフラムと、該センターダイアフラ
ムを挟持し該センターダイアフラムとそれぞれ封液室を
形成する２個のボディと、該ボディの外側面にそれぞれ
設けられ隔液室を形成する隔液ダイアフラムと、前記ハ
ウジングに設けられ高圧側に過大圧保護機構或いは十分
な耐圧機能を有する半導体圧力センサと、前記隔液室の
一方と前記封液室とと前記半導体圧力センサの高圧側と
を連通する第１連通孔と、前記隔液室の他方と前記セン
ター封液室と前記半導体圧力センサの低圧側とを連通す
る第２連通孔と、前記センター封液室と前記封液室と前
記隔液室と前記第１，第２連通孔と半導体圧力センサと
で構成される２個の室にそれぞれ封入される封入液とを
具備したことを特徴とする差圧測定装置を構成したもの
である。

【００１３】

【作用】以上の構成において、通常の測定範囲内の状態
においては、高圧側から圧力が作用した場合、高圧側隔
液ダイアフラムに測定圧力が印加され、高圧側封液室２
６と低圧側封液室２７に伝達され、センターダイアフラ
ムに測定圧力が印加されるが、センターダイアフラムは
互いに密接しているため、センターダイアフラムは変位
することが無い。

【００１４】従って、封入液の移動は無く、隔液ダイア
フラムも変位せず、測定圧力はそのまま半導体圧力セン
サに伝達される。一方、低圧側から測定圧力が作用した
場合、低圧側隔液ダイアフラムに測定圧力が印加され、
センター封液室に伝達され、センターダイアフラムの内
側に、測定圧が印加されるが、センターダイアフラム
は、ある一定の力で２枚が密着している為、少なくとも
測定範囲下では変位しない。従って、封入液の移動は無
く、隔液ダイアフラムも変位せず、測定圧力はそのまま
半導体圧力センサに伝達される。

【００１５】過大圧が印加された状態においては、高圧
側から過大圧力が作用した場合、高圧側隔液ダイアフラ
ムに過大圧力が印加されるが、２枚のセンターダイアフ
ラムはに密接しているため、過大圧力はそのまま半導体
圧力センサに伝達される。高圧側隔液ダイアフラムでの
保護機能はない。しかし、半導体圧力センサは、高圧側
に過大圧保護機構或いは十分な耐圧機能を有するので、
半導体圧力センサで過大圧は受け止められる。

【００１６】一方、低圧側から過大圧力が作用した場
合、低圧側隔液ダイアフラムに過大圧力が印加され、セ
ンター封液室に伝達され、センターダイアフラムの内側
に、測定圧が印加されるが、センターダイアフラムは、
ある一定の力で２枚が密着している為、満着力に打ち勝
つ過大圧が作用すると、センターダイアフラムが変位す
る。従って低圧側隔液ダイアフラムが移動して、ハウジ
ングに接する。すると、これ以上の過大圧は半導体圧力
センサに印加せず、低圧側隔液ダイアフラムで保護され
る。以下、実施例に基づき詳細に説明する。

【００１７】

【実施例】図において、図５と同一記号の構成は同一機
能を表わす。以下、図５と相違部分のみ説明する。２
１，２２は、センター封液室２３を形成し、少なくとも
測定範囲下では互いに密接している２枚のセンターダイ
アフラムである。この場合は、センターダイアフラム２
２には、図２，図３に示す如く、封入液１０１，１０２
をセンター封液室２３に導くための溝２２１と孔２２２
とが設けられている。

【００１８】溝２３１は、センターダイアフラム２１に
設けられてもよい。なお、溝２３１は無くてもよい。２
４，２５は、センターダイアフラム２１，２２を挟持
し、センターダイアフラム２１，２２とそれぞれ高圧側
封液室２６或いは低圧側封液室２７を形成する高圧側ボ
ディと低圧側ボディである。２８は、高圧側ボディ２４
の外側面に設けられ高圧側ボディ２４の外側面と高圧側
隔液室２９を形成する高圧側隔液ダイアフラムである。
３１は、低圧側ボディ２５の外側面に設けられ低圧側ボ
ディ２５の外側面と低圧側隔液室３２を形成する低圧側
隔液ダイアフラムである。３３は、ハウジング１に設け
られ高圧側に過大圧保護機構３４或いは十分な耐圧機能
を有する半導体圧力センサである。

【００１９】過大圧保護機構３４は、例えば、図４に示
す如くして構成する。図４において、３４１は測定ダイ
アフラム、３４２は測定ダイアフラム３４１に一面が接
続されたシリコン基板である。３４３はシリコン基板３
４２に基準室３４４を形成する凹部である。３４５はシ
リコン基板３４２に設けられ、基準室３４４に基準圧を
導入する導圧孔である。

【００２０】３４６は測定ダイアフラム３４１に設けら
れたストレインゲージである。而して、基準室３４４は
薄膜状に構成される。このため、高圧側からの過大圧力
に対しては測定ダイアフラム３４１は、僅かしか変位せ
ずシリコン基板３４２により保護される。すなわち、過
大圧保護機構３４が構成される。３５は、高圧側隔液室
２９と高圧側封液室２６と低圧側封液室２７と半導体圧
力センサ３３の高圧側とを連通する第１連通孔である。

【００２１】３６は低圧側隔液室３２とセンター封液室
２３と半導体圧力センサ３３の低圧側とを連通する第２
連通孔である。１０１，１０２は、センター封液室２３
と高圧側封液室２６と低圧側封液室２７と高圧側隔液室
２９と低圧側隔液室３２と第１，第２連通孔３５，３６
と半導体圧力センサ３３とで構成される２個の室にそれ
ぞれ封入される封入液である。

【００２２】以上の構成において、 （１）通常の測定範囲内の状態においては、高圧側から
圧力が作用した場合、高圧側隔液ダイアフラム２８に測
定圧力が印加され、高圧側封液室２６と低圧側封液室２
７に伝達され、センターダイアフラム２１，２２に測定
圧力が印加されるが、センターダイアフラム２１，２２
は互いに密接しているため、センターダイアフラム２
１，２２は変位することが無い。

【００２３】従って、封入液１０１の移動は無く、隔液
ダイアフラム２８も変位せず、測定圧力はそのまま半導
体圧力センサ３３に伝達される。一方、低圧側から測定
圧力が作用した場合、低圧側隔液ダイアフラム３１に測
定圧力が印加され、センター封液室２３に伝達され、セ
ンターダイアフラム２１，２２の内側に、測定圧が印加
されるが、センターダイアフラム２１，２２は、ある一
定の力で２枚が密着している為、少なくとも測定範囲下
では変位しない。従って、封入液１０２の移動は無く、
隔液ダイアフラム３１も変位せず、測定圧力はそのまま
半導体圧力センサ３３に伝達される。

【００２４】（２）過大圧が印加された状態において
は、高圧側から過大圧力が作用した場合、高圧側隔液ダ
イアフラム２８に過大圧力が印加され、高圧側封液室２
６と低圧側封液室２７に伝達される。２枚のセンターダ
イアフラム２１，２２は互いに密接しているため、過大
圧力はそのまま半導体圧力センサ３３に伝達される。高
圧側隔液ダイアフラム２８での保護機能はない。しか
し、半導体圧力センサ３３は、高圧側に過大圧保護機構
３４或いは十分な耐圧機能を有するので、半導体圧力セ
ンサ３３で過大圧は受け止められる。

【００２５】一方、低圧側から過大圧力が作用した場
合、低圧側隔液ダイアフラム３１に過大圧力が印加さ
れ、センター封液室２３に伝達され、センターダイアフ
ラム２１，２２の内側に測定圧が印加されるが、センタ
ーダイアフラム２１，２２は、ある一定の力で２枚が密
着している為、密着力に打ち勝つ過大圧が作用すると、
センターダイアフラム２１，２２が変位する。従って低
圧側隔液ダイアフラム３１が移動して、ハウジング１に
接する。すると、これ以上の過大圧は半導体圧力センサ
３３に印加せず、低圧側隔液ダイアフラム３１で保護さ
れる。

【００２６】この結果、 （１）測定範囲内で封入液１０１，１０２の移動が殆ど
無いため、隔液ダイアフラム２８，３１の圧力ドロップ
がなく、高精度な測定が可能となる。 （２）低圧側からの過大圧印加時には低圧側隔液室３２
の封入液１０２の移動をセンターダイアフラム２１，２
２で吸収しなければならないが、本装置では、２枚のセ
ンターダイアフラム２１，２２で吸収するために、セン
ターダイアフラム２１，２２の吸収量は、図５従来例の
１／２で良く、センターダイアフラム２１，２２を小さ
くできる。従って，装置を小型化できる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、センタ
ーダイアフラムと半導体圧力センサとを具備する差圧測
定装置において、センター封液室を形成し少なくとも測
定範囲下では互いに密接している２枚のセンターダイア
フラムと、該センターダイアフラムを挟持し該センター
ダイアフラムとそれぞれ封液室を形成する２個のボディ
と、該ボディの外側面にそれぞれ設けられ隔液室を形成
する隔液ダイアフラムと、前記ハウジングに設けられ高
圧側に過大圧保護機構或いは十分な耐圧機能を有する半
導体圧力センサと、前記隔液室の一方と前記封液室とと
前記半導体圧力センサの高圧側とを連通する第１連通孔
と、前記隔液室の他方と前記センター封液室と前記半導
体圧力センサの低圧側とを連通する第２連通孔と、前記
センター封液室と前記封液室と前記隔液室と前記第１，
第２連通孔と半導体圧力センサとで構成される２個の室
にそれぞれ封入される封入液とを具備したことを特徴と
する差圧測定装置を構成した。

【００２８】この結果、 （１）測定範囲内で封入液の移動が殆ど無いため、隔液
ダイアフラムの圧力ドロップがなく、高精度な測定が可
能となる。 （２）低圧側からの過大圧印加時には低圧側隔液室の封
入液の移動をセンターダイアフラムで吸収しなければな
らないが、本装置では、２枚のセンターダイアフラムで
吸収するために、センターダイアフラムの吸収量は従来
例の１／２で良く、センターダイアフラムを小さくでき
る。従って，装置を小型化できる。

【００２９】従って、本発明によれば、入出力特性が向
上され且つ小型化が図れる差圧測定装置を実現すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の要部詳細説明図である。

【図３】図２の側面図である。

【図４】図１の要部詳細説明図である。

【図５】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。

【符号の説明】

１…ハウジング ２…高圧側フランジ ３…低圧側フランジ ４…導入口 ５…導入口 ６…圧力測定室 ６Ａ…バックプレ―ト ６Ｂ…バックプレ―ト ９…支持体 １０…圧力導入室 １１…圧力導入室 ２１…センターダイアフラム ２２…センタダイアフラム ２２１…溝 ２２２…孔 ２３…センター封液室 ２４…高圧側ボディ ２５…低圧側ボディ ２６…高圧側封液室 ２７…低圧側封液室 ２８…高圧側隔液ダイアフラム ２９…高圧側隔液室 ３１…高圧側隔液ダイアフラム ３２…高圧側隔液室 ３３…半導体圧力センサ ３４…過大圧保護機構 ３４１…測定ダイアフラム ３４２…シリコン基板 ３４３…凹部 ３４４…基準室 ３４５…導圧孔 ３４６…ピエゾ抵抗素子 ３５…第１連通孔 ３６…第２連通孔 １０１…封入液 １０２…封入液

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】センターダイアフラムと半導体圧力センサ
   とを具備する差圧測定装置において、 センター封液室を形成し少なくとも測定範囲下では互い
   に密接している２枚のセンターダイアフラムと、 該センターダイアフラムを挟持し該センターダイアフラ
   ムとそれぞれ封液室を形成する２個のボディと、 該ボディの外側面にそれぞれ設けられ隔液室を形成する
   隔液ダイアフラムと、前記ハウジングに設けられ高圧側
   に過大圧保護機構或いは十分な耐圧機能を有する半導体
   圧力センサと、 前記隔液室の一方と前記封液室とと前記半導体圧力セン
   サの高圧側とを連通する第１連通孔と、 前記隔液室の他方と前記センター封液室と前記半導体圧
   力センサの低圧側とを連通する第２連通孔と、 前記センター封液室と前記封液室と前記隔液室と前記第
   １，第２連通孔と半導体圧力センサとで構成される２個
   の室にそれぞれ封入される封入液とを具備したことを特
   徴とする差圧測定装置。