JPH0599773A - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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JPH0599773A
JPH0599773A JP4083871A JP8387192A JPH0599773A JP H0599773 A JPH0599773 A JP H0599773A JP 4083871 A JP4083871 A JP 4083871A JP 8387192 A JP8387192 A JP 8387192A JP H0599773 A JPH0599773 A JP H0599773A
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diaphragm
pressure sensor
pressure
sensor according
resistors
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JP4083871A
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Rudolf Heinz
ハインツ ルードルフ
Schoor Ulrich
シヨール ウルリツヒ
Schmid Kurt
シユミート クルト
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0055Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 抵抗値が圧力に依存して変化する少なくとも
1つの抵抗28,29と共働するダイヤフラム24を備
えた圧力センサにおいて、ダイヤフラムのたわみを十分
に回避し、さらに抵抗28,29の引っ張り応力も僅か
にし、割れに対する安全性を高める。 【構成】 ダイヤフラム24上に圧電抵抗28,29が
配置されており、これらの抵抗は、負荷を受けない抵抗
26,27とともに測定ブリッジを成すように互いに接
続されている。さらに、加圧時にセンサ素子としてはた
らく抵抗28,29が圧力を受けるように、ダイヤフラ
ム24が対向部材21と共働する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、抵抗値が圧力に依存し
て変化する少なくとも1つの抵抗と共働するダイヤフラ
ムを備えた圧力センサに関する。
【0002】
【従来の技術】抵抗ないし圧電抵抗測定素子がダイヤフ
ラム上に取り付けられており、このダイヤフラムが圧力
の作用によって弾性的に変形する即ち湾曲するように構
成されている圧力センサは公知である。これにより生じ
る抵抗の伸長または圧縮、ないしは引っ張り応力ないし
圧縮応力によって、負荷に比例する信号が発生する。こ
の目的で抵抗ないし圧電抵抗測定素子は、たいてい測定
ブリッジの形式に接続されている。ドイツ連邦共和国特
許第3919059号公報により、例えば厚膜抵抗の形
式の測定素子がダイヤフラムとしてはたらく基板上に配
置されている圧力センサが公知である。さらにドイツ連
邦共和国特許第3928542号公報には半導体圧力変
換器が記載されており、この場合、ダイヤフラムがシリ
コンダイヤフラムとして構成されており、さらに抵抗は
例えば拡散により形成されている。
【0003】抵抗と、例えばセラミクス、鋼、ガラス、
シリコンまたはその他の材料から成るダイヤフラムとの
この種の共働作用は、以下のような欠点を有する。即
ち、割れに対するダイヤフラムの安全性が不十分である
ことが多く、ないしは作動状態において要求される安全
性の維持が著しく困難である。したがってこの種のダイ
ヤフラムを著しく厚く構成しなければならないことが多
いが、これによって測定精度と測定範囲が制限されてし
まう、あるいは要求されている安全性ないしは必要な安
全性を提供することなく、この種のセンサが使用限界に
達してしまう。さらにこの種のセンサの場合、例えばダ
イヤフラムと共働する厚膜抵抗が引っ張り応力を受け
る。しかし引っ張り応力に対する厚膜抵抗の耐久性は著
しく低く、したがって圧力に対するセンサの耐久性が著
しく制限されてしまうことが多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、上述の従来技術の欠点を回避することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、圧力の作用時に前記ダイヤフラムは対向部材と当接
するようにし、これによりダイヤフラムの湾曲が十分に
回避されるようにしたことによって解決される。
【0006】
【発明の利点】請求項1の特徴部分に記載の構成を有す
る本発明のセンサは、ダイヤフラムの弾性変形が僅かで
ある利点を有する。それ故このセンサは著しく高い割れ
抗力を有しており、したがって比較の対象になり得るダ
イヤフラムの厚さにおいて著しく高い安全性を有してお
り、つまりダイヤフラムの厚さを薄くしても著しく高い
測定信号の分解能が得られる。2つの作動抵抗ないし測
定素子しか用いなくても、薄いダイヤフラムの下で測定
信号を大きくすることができ、あるいは少なくとも比較
的大きいまま維持することができる。
【0007】次に、本発明の実施例を図面に基づき詳細
に説明する。
【0008】
【実施例の説明】図1〜図3に示された圧力センサ10
は、底部14の外面13にスリーブ状の突出部12を備
えたグラス状のケーシング11を有する。底部14の内
面15にはシリンダ状の突出部16が設けられており、
この突出部は底部14と共に孔17によって貫通されて
いる。この孔はスリーブ状の突出部12の内部から外へ
向かっている。スリーブ状の突出部12を介して、孔1
7とケーシング11の内部は、ここでは図示されていな
い圧力源とつながっている。
【0009】ケーシングの内部へ、相前後してディスク
状のダイヤフラム支持体20、対向ディスク21、およ
び支持リング22がはめ込まれている。例えばセラミク
ス、シリコン、鋼、チタン、またはこれと類似のものか
ら成るダイヤフラム支持体20は、相応の直径を有し突
出部16を収容するシリンダ状の凹欠部23を有する。
この凹欠部23の底部はダイヤフラム24として構成さ
れている。ダイヤフラム24が突出部16で支えられる
ことなくダイヤフラム支持体20がケーシング11の底
部14に当接するように、突出部16と凹欠部23の長
手方向延在部は互いに適合されている。ケーシング11
の内部を密閉する目的で、突出部16の外周に密閉リン
グ25が設けられており、このリングは凹欠部23の壁
に当接している。
【0010】ダイヤフラム支持体20とダイヤフラム2
4上において、対向ディスク21に面した端面に4つの
抵抗26〜29が被着されて、導体路30と接続されて
いる。これらの抵抗26〜29と導体路30は、厚膜技
術または薄膜技術で形成されており、フルブリッジを成
すように互いに接続されている。厚膜抵抗として、例え
ばサーメット、導電性プラスチック、または金属から成
る厚膜抵抗を使用することができ、それらの比抵抗は力
の作用で変化する。給電電圧の供給ならびに測定信号の
導出は、金属の端子ピン21を介して行なわれる。この
端子ピンは、ダイヤフラム支持体20の、対向ディスク
21に面した端面のポケット孔32内に配置されてい
る。この端子ピン31は導体路30を貫通し、それらと
はんだ付けされている。
【0011】抵抗26〜29は次のように配置されてい
る。即ち、抵抗28と29の双方は、ダイヤフラム24
上において互いに比較的近くに隣り合うように配置され
ており、抵抗26、27の双方は、ダイヤフラム支持体
20上において直径方向に互いに対向して位置するよう
に配置されている。ダイヤフラム24上に設けられた抵
抗28、29は、測定ブリッジの可変抵抗として用いら
れる。つまり圧電抵抗測定素子として用いられ、相応に
構成されている。このため抵抗26〜29には電圧が加
えられ、圧電抵抗測定素子における電気(オーム)抵抗
が圧力の作用で変化する。
【0012】ダイヤフラム支持体20ないしダイヤフラ
ム24に対して導電材料を使用する場合、抵抗26〜2
9と導体路30は、適切な絶縁層によって電気的に互い
に絶縁される。端子ピン31を、このピンとダイヤフラ
ム支持体20とが接触しないように配置できる。つまり
端子ピンがポケット孔内を面から離れて案内されるよう
に配置できる。しかし端子ピン31をポケット孔の壁に
対して相応に絶縁するのも有利である。
【0013】対向ディスク21には孔34が設けられて
おり、この孔は最終的な組み立ての後にダイヤフラム支
持体20のポケット孔32と心合わせされる。この孔3
4を通って端子ピン31が案内されている。さらに対向
ディスク21は、直径方向に対向して位置する2つの縦
孔35、36を有している。これらの縦孔は、最終組立
状態において抵抗26、27がそれぞれ、孔35ないし
36の壁により形成される面37ないし38の内側に位
置するように配置されている。面37ないし38の寸法
は、抵抗26ないし27の寸法よりも大きい。
【0014】対向ディスク21と、抵抗26〜29およ
び導体路30が設けられておりダイヤフラム24を有す
るダイヤフラム支持体20とは、結合部材40によって
互いに固定的に結合されている。この結合部材は、例え
ば接着剤または溶融ガラスにより形成することができ
る。有利にはこの結合部材40は、回転する環状リング
41が自由空間にあるように対向ディスク21上に被着
されている。
【0015】ダイヤフラム支持体20と対向ディスク2
1との間に所定の間隔を得る目的で、リング状の段を対
向ディスクに取り付けることができる。これにより、結
合部材40をさらに薄く塗付することができ、このこと
によりセンサのヒステリシスが小さくなり、さらに粘着
力がいっそう高まる。対向ディスク21を、ダイヤフラ
ム支持体20のようにセラミクス、鋼、チタン、または
類似の材料により製造することができ、これにより圧力
センサのあらゆる用途に対して固有の材料の組み合わせ
が可能である。導電材料を使用する場合、抵抗26〜2
9と導体路30に対する絶縁が保証されなければならな
い。有利には、このことを既に結合部材によって行なう
ことができる。
【0016】ダイヤフラム支持体20と対向ディスク2
1は、対向ディスクに当接する支持リング22によって
ケーシング内に固定される。さらに支持リング22にお
いて、対向ディスク21とは反対に位置する端面に、固
定リング43が当接している。この固定リングは、ケー
シング11のリング状の切欠44内に取り付けられてい
る。固定リング43の代わりに、ねじ山を有するねじリ
ングを用いることもできる。これによりバイアス力をい
っそう精確に調整することができる。
【0017】センサ作動時にダイヤフラム24は、孔1
7とスリーブ状の突出部12とを介して圧力源とつなが
る。ダイヤフラム24と対向ディスク21との間に位置
する抵抗28、29は圧力に応動し、圧力係数に応じて
その抵抗値が変化する。これにより相応のセンサ信号が
発生する。ダイヤフラム24の弾性変形即ち湾曲は、ほ
ぼ完全に回避される。これと同時に、抵抗26〜29の
引っ張り応力も回避される。
【0018】温度が変化してもゼロ点が固定されるよう
に、抵抗28、29の双方は抵抗26、27とともにフ
ルブリッジを成すように互いに接続されている。対向デ
ィスク21の構成、縦孔35、36の相応の寸法および
配置、ならびに結合部材40の相応の厚さによって、抵
抗26、27は圧力によっても負荷を受けず、したがっ
てそれらは温度補償に用いられる。同時に縦孔35、3
6を介して、測定ブリッジのレーザによる調整(レーザ
トリミング)が可能である。
【0019】ダイヤフラム支持体20には面していない
側の、対向ディスク21の端面の開放されている表面上
に、温度補償用回路網、増幅器、ならびにその他のエレ
クトロニクス素子を取り付けることができる。さらに厚
膜技術または薄膜技術による抵抗および導体路の代わり
に、シリコン−半導体素子を用いることもできる。
【0020】上記の圧力センサは、例えばABSシステ
ムのような油圧システムまたは油圧ブレーキ装置におい
て使用するのに適している。
【0021】
【発明の効果】本発明による構成により、ダイヤフラム
の湾曲が十分に回避され、さらに抵抗の引っ張り応力も
僅かになり、割れに対する安全性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧力センサの簡略化された縦断面図である。
【図2】図1をII−IIに沿って切断した断面図である。
【図3】図1をIII−IIIに沿って切断した断面図であ
る。
【符号の説明】
11 ケーシング 12 突出部 13 外面 14 底部 15 内面 16 突出部 17 孔 20 ダイヤフラム支持体 21 対向ディスク 22 支持リング 23 凹欠部 24 ダイヤフラム 25 密閉リング 26 抵抗 27 抵抗 28 抵抗 29 抵抗 30 導体路 31 接続ピン 32 ポケット孔 34 凹欠部 35 縦孔 36 縦孔 37 面 38 面 40 結合部材 41 環状リング 43 固定リング 44 リング状切欠き
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウルリツヒ シヨール ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト 40 トウーフブライヒエ 5 (72)発明者 クルト シユミート ドイツ連邦共和国 デイツインゲン 4 シユロス シユトラーセ 55

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 抵抗値が圧力に依存して変化する少なく
    とも1つの抵抗(28,29)と共働するダイヤフラム
    (24)を備えた圧力センサにおいて、 前記ダイヤフラム(24)のたわみが十分に回避される
    ように、圧力の作用時に前記ダイヤフラム(24)が対
    向部材(21)と当接するようにしたことを特徴とする
    圧力センサ。
  2. 【請求項2】 前記ダイヤフラム(24)はダイヤフラ
    ム支持体(20)から成形されている、請求項1記載の
    圧力センサ。
  3. 【請求項3】 前記ダイヤフラム支持体(20)と対向
    部材(21)は互いに固定的に結合されている、請求項
    1または2記載の圧力センサ。
  4. 【請求項4】 圧力を受けない少なくとも1つの付加的
    な抵抗(26,27)がダイヤフラム支持体(20)上
    に配置されており、さらに該抵抗に、抵抗値が圧力に依
    存して変化する前記抵抗(28,29)が、測定ブリッ
    ジを形成するように接続されている、請求項1〜3のい
    ずれか1項記載の圧力センサ。
  5. 【請求項5】 前記対向部材(21)は少なくとも1つ
    の切欠部(35,36)を有しており、その領域内に、
    ダイヤフラム支持体上に配置された、圧力を受けない前
    記付加的な抵抗が設けられている、請求項1〜4のいず
    れか1項記載の圧力センサ。
  6. 【請求項6】 前記ダイヤフラム(24)上に2つの抵
    抗(28,29)が配置されており、さらに前記ダイヤ
    フラム支持体(20)上にも、圧力を受けない2つの付
    加的な抵抗(26,27)が配置されており、それらの
    抵抗はフルブリッジを成すように互いに接続されてい
    る、請求項1〜5のいずれか1項記載の圧力センサ。
  7. 【請求項7】 各抵抗(26〜29)は導体路(30)
    と導電接続されており、さらに該導体路は導出部(3
    1)と接続されており、さらに該導出部は前記ダイヤフ
    ラム支持体(20)の凹欠部(32)内に突入してい
    る、請求項1〜6のいずれか1項記載の圧力センサ。
  8. 【請求項8】 前記対向部材(21)には、前記導出部
    (31)を収容する開口部(34)が設けられている、
    請求項1〜7のいずれか1項記載の圧力センサ。
  9. 【請求項9】 前記抵抗(26〜29)と導体路(3
    0)を薄膜技術により形成するようにした、請求項1〜
    8のいずれか1項記載の圧力センサ。
  10. 【請求項10】 前記抵抗(26〜29)と導体路(3
    0)を厚膜技術により形成するようにした、請求項1〜
    8のいずれか1項記載の圧力センサ。
  11. 【請求項11】 前記抵抗(26〜29)をシリコン−
    半導体素子として構成するようにした、請求項1〜8の
    いずれか1項記載の圧力センサ。
JP4083871A 1991-04-06 1992-04-06 圧力センサ Pending JPH0599773A (ja)

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DE4111149.4 1991-04-06
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JP (1) JPH0599773A (ja)
DE (2) DE4111149A1 (ja)

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