JPH06129928A - 静電容量式圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサの内部に塵やほこりあるいは湿気が侵
入することなく、絶対圧を直接正確に測定できる、安価
な静電容量式圧力センサを提供する。 【構成】 流体圧力導入口と連通する室を形成するダイ
ヤフラム２に固着した可動電極４と、可動電極に対向し
て固定された固定電極６からなるセンサ本体を備えた静
電容量式圧力センサにおいて、前記センサ本体をリード
線シール部を有する気密ケーシング１０で覆い、ケーシ
ング内部封止用キヤピラリチューブ１１を設けたもので
あり、それにより、センサ内部に塵、埃あるいは湿気が
侵入することなく、絶対圧を直接正確に測定できる安価
な静電容量式圧力センサとしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸収式冷凍機の冷媒負
圧タンクの内部圧力を測定し圧力制御を行う等、各種圧
力を絶対圧で測定するための静電容量式圧力センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】各種流体の圧力変化を検出する際に、圧
力をダイヤフラムに受けてそのリフト量を変化させ、ダ
イヤフラムに設けた可動電極板と、それに対向して設け
た固定電極板との距離を変えることにより、両電極間の
静電容量の変化として電気的に検出する静電容量式圧力
センサが用いられている。

【０００３】この圧力センサにおいては、可動電極板を
ダイヤフラムにハンダや接着剤等によって固着してお
り、固定電極板とダイヤフラムとは、固定枠体及びその
底部に取り付けられたダイヤフラム支持板により固定さ
れ、その底面に設けられた圧力導入管から圧力を導入す
るようになっている。また、固定電極板と可動電極板と
の間の静電容量は、固定電極板から引き出された出力導
線と可動電極板から引き出された出力導線との間で測定
されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の静電容量式
圧力センサは、適宜のケーシング内に収納されている
が、そのケーシングは、内部の電極板を塵やほこり、あ
るいは水滴から保護するため及び外部の電気的浮遊容量
から絶縁するためのものであり、厳密な気密を保持する
ものではなかった。

【０００５】そのため、例えば吸収式冷凍機の冷媒負圧
タンクの内部圧力を測定する場合には、約２０乃至６０
ｍｍＨｇａｂｓの負圧圧力範囲で運転制御される冷媒圧
力を測定することとなるが、従来の上記圧力センサで
は、ケーシングが厳密な気密を保持していないため、直
接に絶対圧力を測定することができず、大気圧との相対
圧を測定することとなる。したがって、絶対圧力を測定
するには、１ｍｂ当たり約０．７５ｍｍＨｇの換算補正
する出力回路が必要となり、回路構成が複雑となる欠点
があった。

【０００６】また、ケーシングが完全な気密ではないの
で、センサの使用環境が特に悪い場合には、内部に塵や
ほこりが侵入することもあり、また、高湿状態で使用す
ると、内部に結露を生じることもあるため、正確な測定
値が得られないこともあった。更に、結露を防止するた
め、保温ヒータを取付けることもあったが、そのためコ
スト高や構造が複雑化することとなった。

【０００７】一方、絶対圧力を測定するため、静電容量
式ではなく、半導体を用いる圧力センサも使用される
が、この半導体センサの場合は、吸収式冷凍機の冷媒圧
測定時には、冷媒から半導体素子を保護するため、ダイ
ヤフラムを介してオイル封止する必要があり、その際、
封止オイルが負圧状態で長期間さらされるため、オイル
内部から発泡が生じたり、構造が複雑化して製作が困難
となったりコスト高となる欠点があった。

【０００８】したがって、本発明は、センサの内部に塵
やほこりあるいは湿気が侵入することなく、絶対圧を直
接正確に測定できる、安価な静電容量式圧力センサを提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来のも
のの欠点を解消するため、流体圧力導入口と連通する室
を形成するダイヤフラムに固着した可動電極と、該可動
電極に対向して固定された固定電極からなるセンサ本体
を備えた静電容量式圧力センサにおいて、前記センサ本
体をリード線シール部を有する気密ケーシングで覆い、
ケーシング内部封止用キヤピラリチューブを設けたもの
であり、それにより、センサ内部に塵、埃あるいは湿気
が侵入することなく、絶対圧を直接正確に測定できる安
価な静電容量式圧力センサとしたものである。

【００１０】

【作用】本発明は、上記のように構成したので、ダイヤ
フラム室内に導入される流体圧と、キャピラリチューブ
により圧力調整された気密ケーシング内の外気圧に影響
されない圧力との差圧でダイヤフラムは変位し、それに
より、固定電極とダイヤフラムに固着した可動電極の距
離が変化し、リード線からは流体の絶対圧が検出され
る。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面に沿って説明する。図
１、図２に示すように、金属製底板１の中央部に圧力導
入管１ａが設けられており、底板１には金属製ダイヤフ
ラム２の周縁部が溶接されている。ダイヤフラム２の上
面中心には、上下両面にメタライズされたセラミックス
製の絶縁板３がハンダ付けされ、絶縁板３の上面には、
可動電極板４の下面中心部がハンダ結合されている。

【００１２】底板１の上部外周には、セラミック製の環
状絶縁板５ａが固定され、その上部と環状絶縁板５ｂと
の間で、固定電極板６を可動電極板４と平行にかつ所定
の間隔を維持するよう支持している。

【００１３】環状絶縁板５ｂの上面には、ほぼ円板状の
金属製枠板７が圧着されており、枠板７の周縁から上下
交互に各３個づつの結合腕７ａ，７ｃが延設されてい
る。結合腕７ａの先端７ｂは、スリットによって２本に
分かれており、底板１の結合孔１ｂに挿入された後、か
しめて固着され、それにより、底板１と枠板７との間に
環状絶縁板５ａ，５ｂ及び固定電極板６とを正確な位置
に固定している。

【００１４】結合腕７ｃの先端部には、係止部７ｄが形
成されており、可動電極板４と固定電極板６との間の静
電容量を検出して、電圧等の出力信号に変換するため
の、出力回路実装基板８の係合部８ａに係合するととも
に、はんだにより結合されている。

【００１５】出力回路実装基板８の入力端子の一方に
は、可動電極板４からの導線８ｂが結合され、また、他
方には、固定電極板６の縁部から延設された端子ピン６
ａが結合されている。

【００１６】圧力導入管１ａの段部１ａ’には、ケーシ
ング１０の下部開口１０ａが係合しており、この係合部
を溶接することにより、圧力導入管１ａとケーシング１
０が固着されている。ケーシング１０の一部をなすケー
シング上板１０ｂには、内部減圧封止用キャピラリチュ
ーブ１１の結合段部１１ａが係合しており、この係合部
をはんだ付け部１２により密封しつつ固着している。ま
た、ケーシング上板１０ｂには、表面にメタライズメッ
キを施してなる碍子１４を係合部１５で係合し、はんだ
１２で両者間を密封しつつ固着している。碍子１４の中
央には貫通孔１６を有し、その中を端子チップ１７が貫
通しており、貫通孔１６の上下開口部は、端子チップ１
７との間ではんだ付けし、両者間に間隙がなくなるよう
固着している。端子チップ１７のケーシング内部側端部
には、信号出力線１８がはんだ付けされ、端子チップ１
７のケーシング外部側は、センサ使用時に、コネクター
のコンセント２０が接合される。

【００１７】上記の圧力センサの製造に際しては、上記
構成部材を組み立て、かつはんだ付けした後、製造当初
開口しているキャピラリチューブ１１の端部１１ｂに真
空発生装置の管端を結合し、ケーシング内部２１を１
０．５ｍｍＨｇａｂｓ程度に減圧する。その後、キャピ
ラリチューブ１１の端部１１ｂをピンチ等により潰しつ
つ密封する。このように、ケーシング内が減圧されて密
封されることにより、ケーシング内は常に一定負圧に保
たれ、ダイヤフラム室２２に導入される圧力は、常に絶
対圧と比較されることとなり、したがって、固定電極６
と可動電極４間の静電容量は、ダイヤフラム室に導入さ
れる流体の絶対圧に対応した値で変化する。その結果、
センサの出力端子からは、流体圧の絶対圧力に対応した
電圧を取り出すことができ、吸収式冷凍機の負圧タンク
内圧調整等の制御においては、常に正確な制御を行うこ
とができる。

【００１８】また、ケーシング内を高真空にすればする
程、周囲温度の影響を受けにくくなり、正確な圧力測定
が可能となる。逆にケーシング内の圧力を高める程、周
囲温度の影響を受けるため、ケーシング内を高圧にして
封止することにより周囲温度に対応した圧力信号を取り
出すことも可能となる。また、ケーシング内の圧力を調
整することにより、ダイヤフラム室内圧との差圧が変化
することを利用し、予め調整された圧力センサ本体の出
力特性を、ケーシング内圧力の微調整により再調整する
ことが可能となる。

【００１９】上記実施例において、キャピラリチューブ
を封止した例を示したが、このキャピラリチューブを延
長し、他の圧力源に連通し、その圧力源とダイヤフラム
室に導入する流体圧との差圧信号を出力することも可能
である。

【００２０】また、ケーシングから信号力線を取り出す
部分の封止構造としては、各種の手段が採用可能であ
り、例えば、図３に示すような、メタライズメッキを表
面に施したガラス製封止具２３を用い、端子チップ２４
及びケーシング２５との間ではんだ結合しつつ封止して
もよく、また、ケーシング自体をガラス製とし、端子チ
ップをはんだ結合する等の手段を採用することもでき
る。

【００２１】なお、上記構造の圧力センサにおいて、固
定電極と可動電極で形成されるコンデンサーの静電容量
の変化は、図４に示すように、容量Ｃの変化となり、そ
の変化に対応して可変周波数発振器ＯＳＣを発振させ、
その出力周波数−電圧変換器ｆ−Ｖによって電圧に変換
して検出する。その際、可変周波数発振器ＯＳＣには、
直流電源から電力供給を受ける。この回路構造により、
電圧変化に対応して出力端子にはアナログ出力が得られ
る。

【００２２】したがって、ケーシングに外圧がかかる
時、ケーシングが変形することもあるが、ケーシング内
を減圧しておくことにより、ダイヤフラム室内の流体圧
に影響を与えることがなくなり、上記アナログ信号に対
する外乱を与えることがなくなる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成し作用する
ので、ケーシング内部は外部から完全に遮断され、外部
の塵や埃、あるいは湿気から防ぐことができ、正確な出
力が得られ、かつ長寿命となる。また、ケーシング内を
キャピラリチューブを介して減圧し封止することによ
り、センサによる圧力値は絶対圧となり、何らの補正を
することなく、直接絶対圧力信号を得ることができる。
更に、内部を減圧することにより、外部の湿度の影響を
なくすことができ、この点からも、常に正確な圧力信号
が得られる。そして、内部圧力を調整することにより、
初期設定されたセンサ出力特性を再度調整することが可
能となる。更に、内部圧力を任意に設定することによ
り、センサの外部温度変化に対応した出力を得ることも
可能となり、キャピラリチューブを他の圧力源と接続す
ることにより、差圧検出器として利用することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の一部断面図を示す側面図であ
る。

【図２】本発明の実施例のセンサ本体の分解斜視図であ
る。

【図３】本発明の信号出力取出部の他の実施例を示す断
面図である。

【図４】本発明の実施例の信号処理ブロック図である。

【符号の説明】

１ 底板 １ａ 圧力導入管 ２ ダイヤフラム ４ 可動電極板 ５ａ 環状絶縁板 ５ｂ 環状絶縁板 ６ 固定電極板 ７ 枠板 ８ 出力回路実装基板 ８ｂ 導線 １０ ケーシング １０ｂ ケーシング上板 １１ キャピラリチューブ １２ はんだ付け部 １４ 碍子 １７ 端子チップ ２０ コンセント ２２ ダイヤフラム室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体圧力導入口と連通する室を形成する
   ダイヤフラムに固着した可動電極と、該可動電極に対向
   して固定された固定電極からなるセンサ本体を備えた静
   電容量式圧力センサにおいて、前記センサ本体を、リー
   ド線シール部を有する気密ケーシングで覆い、ケーシン
   グ内部封止用キャピラリチューブを設けたことを特徴と
   する静電容量式圧力センサ。