JPH06294691A - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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JPH06294691A
JPH06294691A JP10492993A JP10492993A JPH06294691A JP H06294691 A JPH06294691 A JP H06294691A JP 10492993 A JP10492993 A JP 10492993A JP 10492993 A JP10492993 A JP 10492993A JP H06294691 A JPH06294691 A JP H06294691A
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JP
Japan
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diaphragm
strain gauge
pressure
fluid
gauge element
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Application number
JP10492993A
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English (en)
Inventor
Isao Suzuki
鈴木  勲
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NIPPON M K S KK
NIPPON MKS KK
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NIPPON M K S KK
NIPPON MKS KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明に係る圧力センサは、制作が容易であ
り、測定精度が高い。 【構成】 本発明に係る圧力センサは、一方が開口し、
他方が閉じられた筒状のセンサケース1と、このセンサ
ケース1の前記開口部分に設けられると共に、測定対象
の流体の流入路6が形成され、前記センサケース1の蓋
となるベース2と、このベース2の前記流入路6から流
入する流体の圧力を受ける壁を構成するダイヤフラム3
と、このダイヤフラム3に貼着された歪ゲージ素子4
と、前記ダイヤフラム3に到来する流体を外部から遮断
すべく当該ダイヤフラム3における接合部分をシールす
る金属リング5とを備えさせて圧力センサを構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体の製造過程で
用いられる各種ガス等の流体の圧力測定に好適な圧力セ
ンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の圧力センサとしては、特開昭64
−79632号に示されるように、ダイヤフラムを本体
部分に溶接し、このダイヤフラムが到来する流体により
変位することに応じて、電極面との距離が変化しコンデ
ンサ容量の変化となって現れる点を利用した、所謂、可
変キャパシタンス方式のタイプのものが知られている。
【0003】この圧力センサによると、ダイヤフラムを
溶接しているために、溶接時の熱によりダイヤフラムに
歪みができ圧力に対する変位にヒステリシスが生じ、正
確な測定ができないという問題点があった。これを解決
するためには、熟練した高度な溶接技術が必要であり、
制作工数が多くなり煩わしいという問題が生じる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】また、従来の圧力セン
サに用いられている歪ゲージ素子は、その基材にポリイ
ミド等の有機絶縁性材料を用いているため可撓性が強
く、ダイヤフラムに貼着して圧力測定に用いた場合には
図12に示すように、圧力の低い範囲で線形性に乱れが
見られ高精度な測定を行い得ないという問題点があっ
た。
【0005】本発明は上記の従来の圧力センサの問題点
に鑑みてなされたもので、その目的は、制作が容易であ
り、しかも、高精度な圧力測定の可能な圧力センサを提
供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、測定
対象の流体の流入路が形成さたベースと、このベースの
前記流入路から流入する流体の圧力を受ける壁を構成す
るダイヤフラムと、このダイヤフラムに貼着された歪ゲ
ージ素子と、前記ダイヤフラムに到来する流体を外部か
ら遮断すべく当該ダイヤフラムにおける接合部分をシー
ルする金属リングとを備えさせて圧力センサを構成し
た。
【0007】更に本発明では、上記において、歪ゲージ
素子は、歪み特性及び復元特性が線形な材料の薄板を基
材とするように圧力センサを構成した。
【0008】更に本発明では、上記構成において歪ゲー
ジ素子は、絶縁性無機材料による薄板を基材とするよう
に圧力センサを構成した。
【0009】更に本発明では、上記構成において、歪ゲ
ージ素子は、ダイヤフラムの薄肉部分よりもやや広い範
囲を覆う面積の薄板を基材とするように圧力センサを構
成した。
【0010】
【作用】上記構成の圧力センサによると、ダイヤフラム
における接合部分を金属リングによりシールするように
したので、溶接を要せずに、当該ダイヤフラムに到来す
る流体を外部から遮断するようにできる。つまり、溶接
によらずダイヤフラムを設けることができるので、ダイ
ヤフラムの変位部分が歪むことなく簡単な作業で取り付
け可能であり、高精度な測定を可能にする。更に、歪ゲ
ージ素子の基材を、歪み特性及び復元特性が線形な材料
の薄板とすることにより、ダイヤフラムが圧力に対して
非線形な特性があったとしても、歪ゲージ素子は、必ず
しも、ダイヤフラムの非線形的特性に追従することな
く、かつ、ダイヤフラムの変位に応じて線形性を持って
変位することから、高精度な測定を可能にする。また、
歪ゲージ素子の基材を、絶縁性無機材料による薄板とす
ることにより、この基材を歪み特性及び復元特性が線形
な材料の薄板とすることになり、上記と同様に高精度な
測定を可能にする。更に、歪ゲージ素子の基材を、ダイ
ヤフラムの薄肉部分よりもやや広い範囲を覆う面積の薄
板とすることにより、歪ゲージ素子の中央部と終縁部と
の変位を異ならせ、この中央部と終縁部に設けられた抵
抗の変化が出力を大きくするように働き、高精度な測定
を可能にする。
【0011】
【実施例】以下、添付の図面を参照して、本発明の実施
例を説明する。図1には本発明の実施例に係る圧力セン
サの断面図が示されており、図2にはその要部が示され
ている。センサケース1は、胴部13が円筒状に形成さ
れ、一端側には円盤状の側板14が圧入され、他端側は
開口となっている。この開口の部分には、一端方向に突
出した接続部7を有するベース2が圧入されている。接
続部7の外周部にはネジが形成され、流体源につながる
管に接続可能とされると共に、接続部7の側部側中央に
は流体が到来する穴である流路入口6Aが形成されてい
る。この流路入口6Aから真っ直ぐにに右方向に流路6
が形成されている。ベース2の側部の周端部付近にはネ
ジ18が入れられる穴8が数箇所(6箇所)形成されて
いる。
【0012】ベース2の右側には、ダイヤフラム3が設
けられている。ダイヤフラム3は中央部に円形の薄肉部
3Aを有し、端部が厚肉に形成されている。ダイヤフラ
ム3では、厚肉部の厚さの円盤状金属を削り出しによ
り、中央部に円形の薄肉部3Aを得る。上記厚肉部分に
はベース2の穴8に対応して、ネジが形成されたネジ穴
19が穿設されている。図3には、ダイヤフラム3の図
1の右方向から見た平面図が示されている。ベース2と
ダイヤフラム3との間には図3に平面図を示すリングガ
イド17と、Oリング5とが介装されている。図4に示
されるように、リングガイド17の平面中央部には、O
リング5の外径と同じ径の穴17Bが形成され、残され
た環の部分には、ネジ18が貫通する穴17Aが6箇所
に設けられている。上記のダイヤフラム3、リングガイ
ド17、金属製のOリング5、ベース2はネジ18によ
って結合され、流路6とダイヤフラム3の薄肉部3Aに
より構成される室は金属製のOリング5により外部とシ
ールされる。なお、ベース2とダイヤフラム3の対向す
る面は鏡面仕上げされ、Oリング5によるシールが適切
になされる。
【0013】ダイヤフラム3の平面的に形成された面
(流体と隔絶された面)には、歪ゲージ素子4が、例え
ば、無機接着剤によって貼着されている。この歪ゲージ
素子4は、ガラス製の円盤状の薄板に抵抗パターンを蒸
着したもので、図6に示すように、中央部のパターン4
1と、周縁部の2つのパターン42、43とから構成さ
れる。44〜49は電極部を示す。この電極部44〜4
9の内、例えば、電極部45、48を図示せぬリード線
で接続し、また、電極部46、49を図示せぬリード線
で接続し、電極部44、47、45(48)からそれぞ
れリード線16A、16B、16Cを引き出す。リード
線16A〜16Cは回路搭載板9の中央部の穴から回路
部へ導かれる。検出回路を図7に示す。この検出回路
は、抵抗R1(周縁部の2つのパターンに対応)と抵抗
R2(中央部のパターンに対応)とを直列に接続し、こ
れに直列接続された抵抗R3、R4、R5を並列に接続
して、平衡ブリッジを構成し電流源51から電流を流
す。平衡節点から差動増幅器52へ信号を導くことによ
り、歪ゲージ素子4の歪みによる信号の差の電圧を得る
ことができ、これをケーブル15を介して外部へ導く。
ケーブル15には、電流源51からの電流のラインも含
まれる。
【0014】上記の歪ゲージ素子4の基材の径は、ダイ
ヤフラム3の薄肉部3Aの径よりやや大きく構成されて
いる。一方、回路搭載板9はダイヤフラム3のネジ穴1
9Aに結合された図5に示されるネジ12を2段に接続
したネジに、ネジ11によって結合される。ネジ12に
は、図5に示すように先端に雄ネジ12Aが形成され、
後端に雌ネジ12B及びドライバ用の凹部が形成されて
いる。
【0015】上記のように構成された圧力センサには、
流路入口6Aから流体が到来し、圧力によりダイヤフラ
ム3の薄肉部3Aを歪ませる。これに応じて、歪ゲージ
素子4も歪みを生じ、抵抗パターンの中央部と周縁部と
に延び縮みの差が生じ、抵抗が変化する。この変化は圧
力に対応する。歪ゲージ素子4の基材を、ダイヤフラム
3の薄肉部3Aよりもやや広い範囲を覆う面積の薄板と
することにより、歪ゲージ素子4の中央部と終縁部との
変位を異ならせる。つまり、中央部は広がり、終縁部が
収縮するように変位し、この中央部と終縁部とに設けら
れた抵抗の変化が出力を大きくするように働き、高精度
な測定を可能にする。抵抗の変化により図7の平衡回路
の平衡が崩れ、差動増幅器52からは、圧力に応じた信
号レベルが出力される。
【0016】上記のようにして構成した圧力センサによ
る線形性の試験結果を図10に示す。この試験において
は、厚さ0.2mmで、20mmの径の歪ゲージ素子4
を、径35.6mm、薄肉部の径16mm、同厚み0.
4mmのダイヤフラムに貼着して、電流10mAで行っ
たものである。縦軸に、相対出力(フルスパン時100
パーセント)をとり、横軸を流体の圧力としてある。こ
の図10に明白なように、実施例に係る圧力センサは、
極めて高い線形性を示し、高精度な計測が可能となるこ
とが判る。これに対し、図11には、円筒状の側部に薄
肉のダイヤフラムをスポット溶接により接合したダイヤ
フラムを用いた圧力センサの線形性が示される。この試
験においては、厚み0.4mmの径35.4mmのダイ
ヤフラムを用いポリイミドの歪ゲージ素子を貼着し、電
流10mAで行ったものである。この例では、ほとんど
線形性が見られず実用に向かないことが判る。更に、上
記ポリイミドの歪ゲージ素子を本実施例のダイヤフラム
に貼着し、電流10mA試験をで行った結果を図12に
示す。この圧力センサでは、圧力の低い範囲で線形性に
乱れが見られ高精度な測定を行い得ないことが判る。
【0017】図8には、本発明に係る実施例の良好な特
性がどの様にして得られるかの原理が示される。ダイヤ
フラム3が図のように歪むものとすると、歪ゲージ素子
4は基材がガラス故に、その弾性により、接着材10を
介して、ダイヤフラム3に追随しながらもポリイミドに
比し独立した歪みを受けるものと考えられる。つまり、
歪ゲージ素子4の基材を歪み特性及び復元特性が線形な
材料とすることにより、ポリイミドに比しダイヤフラム
3が持つ非線形的な歪み特性の影響を必ずしも受けず、
自らの有する線形性ある歪み特性で変位するものと考え
られる。この種の材料としては、ガラス以外にセラミッ
ク等の絶縁性無機材料を挙げることができる。
【0018】図9本発明の他の実施例に係る圧力センサ
の要部が示されている。この例ではベース70とダイヤ
フラム71及び指示板72の部分を示し、他は図1、図
2の実施例に等しい。ダイヤフラム71は全体が薄板で
あり、Oリングによりシールされる。指示板73は中央
部に穴を有し、ネジ穴74が形成され、このネジ穴に植
設するネジにより、ダイヤフラム71とリングガイド1
7、Oリング5とを締め付け、流路6とダイヤフラム7
1とにより構成される室は金属製のOリング5により外
部とシールされる。係る実施例によっても、図1に示し
た実施例と同様の効果を得ることができる。
【0019】この図9の実施例からも明白なように、本
発明に係る圧力センサは、流路を有するベースとダイヤ
フラムとを接続し、この接続部分を金属製のリングによ
りシールして構成できる。このため、この基本的な構成
の圧力センサを他の装置、例えば、マスフローチャート
コントローラに組み込んで流体の監視制御装置とするこ
とができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ダ
イヤフラムにおける接合部分を金属リングによりシール
するようにしたので、溶接を要せずに、当該ダイヤフラ
ムに到来する流体を外部から遮断するようにできる。つ
まり、溶接によらずダイヤフラムを設けることができる
ので、ダイヤフラムの変位部分が歪むことなく簡単な作
業で取り付け可能であり、高精度な測定を可能にする効
果がある。また、溶接部分がないことから錆びる可能性
を低くし、内部が汚れても容易に分解して洗浄すること
ができ保守の観点からも優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構成図。
【図2】本発明の実施例の要部詳細構成図。
【図3】本発明の実施例の要部の平面図。
【図4】本発明の実施例の要部の平面図。
【図5】本発明の実施例の要部の斜視図。
【図6】本発明の実施例の要部の平面図。
【図7】本発明の実施例の検出回路の構成図。
【図8】本発明の実施例の作用を説明する図。
【図9】本発明の他の実施例の要部構成図。
【図10】本発明による線形性を示す図。
【図11】従来例による線形性を示す図。
【図12】従来例による線形性を示す図。
【符号の説明】
1 センサケース 2 ベース 3 ダイヤフラム 4 歪ゲー
ジ素子 5 Oリング 6 流路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定対象の流体の流入路が形成さたベー
    スと、 このベースの前記流入路から流入する流体の圧力を受け
    る壁を構成するダイヤフラムと、 このダイヤフラムに貼着された歪ゲージ素子と、 前記ダイヤフラムに到来する流体を外部から遮断すべく
    当該ダイヤフラムにおける接合部分をシールする金属リ
    ングとを備え、 前記流入路から到来する流体の圧力を前記ダイヤフラム
    の変位に応動する前記歪ゲージ素子の抵抗変化として検
    出することを特徴とする圧力センサ。
  2. 【請求項2】 一方が開口し、他方が閉じられた筒状の
    センサケースと、 このセンサケースの前記開口部分に設けられると共に、
    測定対象の流体の流入路が形成され、前記センサケース
    の蓋となるベースと、 このベースの前記流入路から流入する流体の圧力を受け
    る壁を構成するダイヤフラムと、 このダイヤフラムに貼着された歪ゲージ素子と、 前記ダイヤフラムに到来する流体を外部から遮断すべく
    当該ダイヤフラムにおける接合部分をシールする金属リ
    ングとを備え、 前記流入路から到来する流体の圧力を前記ダイヤフラム
    の変位に応動する前記歪ゲージ素子の抵抗変化として検
    出することを特徴とする圧力センサ。
  3. 【請求項3】 歪ゲージ素子は、歪み特性及び復元特性
    が線形な材料の薄板を基材とすることを特徴とする請求
    項1または請求項2記載の圧力センサ。
  4. 【請求項4】 歪ゲージ素子は、絶縁性無機材料による
    薄板を基材とすることを特徴とする請求項1乃至請求項
    3のいずれか1項に記載の圧力センサ。
  5. 【請求項5】 歪ゲージ素子は、ダイヤフラムの薄肉部
    分よりもやや広い範囲を覆う面積の薄板を基材とするこ
    とを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に
    記載の圧力センサ。
JP10492993A 1993-04-08 1993-04-08 圧力センサ Pending JPH06294691A (ja)

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JP10492993A JPH06294691A (ja) 1993-04-08 1993-04-08 圧力センサ

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JP10492993A JPH06294691A (ja) 1993-04-08 1993-04-08 圧力センサ

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JP (1) JPH06294691A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6782754B1 (en) 2000-07-07 2004-08-31 Rosemount, Inc. Pressure transmitter for clean environments
US7347099B2 (en) 2004-07-16 2008-03-25 Rosemount Inc. Pressure transducer with external heater
US7679033B2 (en) 2005-09-29 2010-03-16 Rosemount Inc. Process field device temperature control
US7779698B2 (en) 2007-11-08 2010-08-24 Rosemount Inc. Pressure sensor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7679033B2 (en) 2005-09-29 2010-03-16 Rosemount Inc. Process field device temperature control
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