JPH0582540B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は航空機のエアデータコンピユータ用を
はじめ、各種システム用に用いられる圧力センサ
に関し、特に静電容量型の圧力センサに関するも
のである。

（従来の技術） 従来の静電容量型圧力センサは圧力を低レベル
のアナログ信号に変換するものが大部分である。
しかし、低レベルのアナログ信号は分解能が低
く、雑音の影響を受けやすいという欠点がある。

そこで、受圧膜に電極を設け、圧力印加により
この電極に対向して設けられた固定電極との間の
ギヤツプを変化させ、そのギヤツプの変化に基づ
く静電容量の変化として印加圧力値を検出するデ
イジタル方式の静電容量型圧力センサが開発され
ている。

このデイジタル方式の静電容量型圧力センサで
は、圧力信号変換部は受圧膜の電極と、固定電
極、及びその固定電極に接続されてLCタンク回
路を構成する通常のコイルとからなり、これらは
真空容器中に封入されている。この圧力信号変換
部のタンク回路の共振周波数をこのタンク回路を
収納している真空容器の外部側面に誘導的に結合
するように巻回されたコイルにより取り出すよう
になつている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のデイジタル方式の静電容量型圧力センサ
は構造が複雑であり、また、通常のコイルを用い
てタンク回路を構成しているために容積が大きく
なる問題がある。

本発明は高分解能で検出でき、雑音の影響を受
けにくいデイジタル方式の静電容量型圧力センサ
を小型化することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は圧力信号変換部でLCタンク回路を構
成するコイルをベース上の固定電極とほぼ同一平
面上に平面渦巻状に配置し、かつ、そのLCタン
ク回路の共振周波数を誘導的に取り出すための外
付けコイルを、ベースの面上であつてLCタンク
回路のコイルが設けられている面とは逆の面に設
けるようにしたものである。

すなわち、本発明の静電容量型圧力センサで
は、受圧膜２とベース４が微少間隔をもつて対向
して配置され、両対向面のうち受圧膜２側には平
面電極６が設けられ、ベース４側には平面電極６
と対向する位置に２個の部分に分割された固定電
極８が設けられて直列形静電容量を構成するとと
もに、ベース４の固定電極８とほぼ同一平面上に
平面渦巻状コイル１０が配置され、この平面渦巻
状コイル１０の両端が固定電極８の２個の部分に
それぞれ接続されてタンク回路を構成しており、
かつ、ベース４の面のうち渦巻状コイル１０が設
けられている面の裏側に面にはその渦巻状コイル
１０と誘導的に結合されるコイル１２が設けら
れ、このコイル１２により圧力信号変換部のタン
ク回路の共振周波数を検出するように構成されて
いる。

（作用） 本発明の圧力センサの等価回路を第２図に示
す。平面電極６と、固定電極８の２個に分割され
た部分８−１，８−２により構成される直列形静
電容量に平面渦巻き状コイル１０が接続されて
LCタンク回路が構成されている。LCタンク回路
の共振周波数は、 ＝１／2π√ ……(1) と表わされる。ここで、Ｌは渦巻状コイル１０の
自己インダクタンス、Ｃは電極６，８による静電
容量である。

圧力が印加されると受圧膜２がたわみ、電極
６，８間の静電容量Ｃが変化するので、第(1)式に
よる共振周波数も印加圧力に応じて変化し、印
加圧力と共振周波数は１対１の対応関係を示
す。

この共振周波数はベース４を介して渦巻状コ
イル１０に誘導的に結合するように設けられた外
付けコイル１２により取り出され、デイジタル信
号に変換される。

LCタンク回路を構成するコイル１０は固定電
極８とほぼ同一平面上に形成されているので全体
の容積が小さくなつている。

（実施例） 第１図は一実施例を表わす。

受圧膜２はヒステリシスが小さく寸法安定度の
高い溶融石英にて形成され、圧力を受ける中央部
は、印加圧力に依存するが例えば0.3〜0.5mmの厚
さに設定され、周縁部はベース４と接合されて内
部空間を形成するように厚くされている。受圧膜
２の内側には平面電極６が設けられている。

ベース４も溶融石英にて形成され、受圧膜２に
対応して中央部に凹部をもつように形成されてい
る。凹部の中央には受圧膜２の平面電極６と対向
する位置に２個の部分に分割された平面状の固定
電極８が設けられ、その固定電極８の周りには平
面渦巻状コイル１０が固定電極８とほぼ同一平面
上に形成され、固定電極８の２個の部分と接続さ
れている。ベース４の反対側の面にも渦巻状コイ
ル１２が設けられ、凹部の渦巻状コイル１０と誘
導的に結合するようになつている。

受圧膜２とベース４は内部に空間を形成するよ
うに対向させ、それぞれの周縁部で接合する。こ
のとき、図示はされていないが、ガラス管を経て
内部を真空排気し、そのガラス管を封止すること
により内部空間を真空にすることができる。

第１図のように接合された状態で受圧膜の平面
電極６とベースの固定電極８の間隔は例えば10〜
20μm程度になるように設定されているのが好ま
しい。

ベース４の凹部に形成される固定電極８と渦巻
状コイル１０の例を第３図に示す。

固定電極８は対向する受圧膜の平面電極６と同
じ円形に形成され、２個の半円状の部分８−１，
８−２に分離されている。固定電極８の周りには
渦巻状のコイル１０が形成され、この渦巻状コイ
ル１０の両端はそれぞれ固定電極８の２部分８−
１，８−２に接続されている。

この固定電極８，８−１，８−２と渦巻状コイ
ル１０は交差部１４を有するため、金属層を形成
しホトリソグラフイ技法などによりパターン化す
る工程が２回と、その間で交差部１４の絶縁層を
形成する工程とにより得ることができる。

第４図はベース４の凹部に形成される固定電極
８と渦巻状コイル１０の他の例を示すものであ
る。

この例では固定電極８は中央の円形部分８−３
とその外周のリング状部分８−４とから構成さ
れ、そのリング状部分８−４の外周に形成されて
いる渦巻状コイル１０の両端はそれぞれ固定電極
８の２個の部分８−３と８−４に接続されてい
る。

なお、実施例では受圧膜を溶融石英として説明
したが、アルミナなどの材料を使用することもで
きる。

（発明の効果） 本発明によれば、圧力を高分解能で検出でき、
しかも雑音の影響を受けにくいデイジタル方式の
静電容量型圧力センサを小型化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図は本発明の作用を説明するための等価回路図、
第３図及び第４図はそれぞれベース上の固定電極
と渦巻状コイルのパターンの例を示す第１図のＡ
−Ｂ線断面図である。 ２……受圧膜、４……ベース、６……平面電
極、８……固定電極、１０……渦巻状コイル、１
２……外付けコイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 受圧膜とベースが微少間隔をもつて対向して
   配置され、両対向面のうち受圧膜側には平面電極
   が設けられ、ベース側には前記平面電極と対向す
   る位置に２個の部分に分割された固定電極が設け
   られて直列形静電容量を構成するとともに、前記
   ベース側の固定電極とほぼ同一平面上に平面渦巻
   状コイルが配置され、この平面渦巻状コイルの両
   端が前記固定電極の２個の部分にそれぞれ接続さ
   れてタンク回路を構成しており、かつ、前記ベー
   スの面のうち前記渦巻状コイルが設けられている
   面の裏側の面にはその渦巻状コイルと誘導的に結
   合されるコイルが設けられていることを特徴とす
   る静電容量型圧力センサ。