JPH089621Y2 - 圧力変換器 - Google Patents

圧力変換器

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JPH089621Y2
JPH089621Y2 JP1989041342U JP4134289U JPH089621Y2 JP H089621 Y2 JPH089621 Y2 JP H089621Y2 JP 1989041342 U JP1989041342 U JP 1989041342U JP 4134289 U JP4134289 U JP 4134289U JP H089621 Y2 JPH089621 Y2 JP H089621Y2
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憲二 小林
秀司 遠山
澄夫 横田
憲生 保科
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株式会社長野計器製作所
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、流体の圧力変化を電気的に検出する圧力変
換器に関するものである。
〔従来の技術〕
第3図は、従来の圧力変換器の一例である歪ゲージ接
着型圧力変換器を示している。
この図で示されるように、該圧力変換器は全体が円筒
状のケース1によって取囲まれており、該ケース1の一
端は圧力導入部2として形成され、該圧力導入部2の内
方には、起歪部3が形成されている。
該起歪部3は、圧力導入部2と一体となったダイヤフ
ラム4を有し、該ダイヤフラム4の上面には金属抵抗体
5とそのベース6からなる歪ゲージが接着されている。
そして、金属抵抗体5からリード線7がケース1の中央
部に伸び、該中央部にハーメチックシール8を介して固
定された電極棒9に接続されている。
ケース1内の前記ハーメチックシール8の起歪部3と
反対側には増幅器10が設置され、該増幅器10は前記電極
棒9の他端とリード線11で接続されている。また、増幅
器10からはケース1外へケーブル12が伸びている。
なお、符号13で示されるものは該ケーブル12をケース
1に固定するためのパッキンであり、符号14で示される
ものは螺子である。
〔考案が解決しようとする課題〕
しかしながら、前記従来の圧力変換器は、そのダイヤ
フラム4がジョイント部材2と製造時より一体化されて
いるので、特にダイヤフラムの部分の工作、歪みゲージ
の形成等に手間がかかり、コストアップを来すという欠
点がある。
また、ジョイント部材は、圧力変換器の設置場所等に
応じて種々変更しなければならないが、従来のように圧
力センサ部とジョイント部材とが一体になっていると、
製造に時間がかかり需要に迅速に対処しえないという欠
点がある。
更に、ジョイント部材の螺子等を締め付けると、それ
による歪みがダイヤフラムにも及び、圧力センサに外乱
として作用し易くなるという不都合を生ずる。
更に、従来の圧力変換器は、ケースを取り付ける際の
力が圧力センサ部に伝わらないよう、圧力センサ部から
離れた箇所にケース取り付け箇所を設け、しかも信号処
理装置は電極棒9や大きい増幅器10を備えてなるので、
ジョイント部材の軸方向に大きく突出してしまうという
欠点がある。
〔課題を解決するための手段〕
本考案は、前記課題を解決するため、歪ゲージ15が形
成されたダイヤフラム16を有する圧力センサ部17と、該
圧力センサ部17を支えると共に該圧力センサ部17に対し
て圧力を導入するジョイント部材18と、前記圧力センサ
部17からの信号を処理する信号処理装置を抱持して前記
ジョイント部材18に連結されたケース20とを備える圧力
変換器において、前記歪ゲージ15は蒸着型として前記ダ
イアフラム16上に形成され、前記ダイヤフラム16は該ダ
イヤフラム16を一端で支持する筒状台座部21と共に金属
で一体的に形成され、前記信号処理装置は、前記ジョイ
ント部材18の軸方向と直交する方向に延在し前記圧力セ
ンサ部17を囲繞する基板19の上に形成され、前記ケース
20は前記基板19を覆う偏平な形に形成され、該ケース20
と前記筒状台座部21とが前記ジョイント部材18に対して
同じ箇所で溶接された構成を採用している。
〔作用〕
圧力センサ部はジョイント部材及びケースと別体とな
っており、各々が別個に製造された後に結合され、一体
化される。
圧力センサ部は、ジョイント部材と切り離した状態で
その性能検査、較正、選択を行うことが出来、ジョイン
ト部材も別個に製造して種々の規格品として用意できる
ので、それだけ製造容易となり、コストが低減し、種々
の需要に迅速に対応可能となる。
また、信号処理装置は、前記ジョイント部材の軸方向
と直交する方向に延在すると共に圧力センサ部を囲繞す
る基板上に形成され、前記ケースは前記基板を抱持する
偏平な形に形成されており、前記ジョイント部材及び前
記ケースは前記筒状台座部の他端に対して連結されてい
ることから、圧力変換器はジョイント部材の軸方向にて
寸法が短くなり、かつ全体として小形化される。
ダイヤフラムはジョイント部材に対して筒状台座部等
を介して間接的に連結されるので、圧力変換器を所定個
所に取りつける際にジョイント部材に掛かる力を筒状台
座部等により緩和してダイヤフラムへ直接伝達するのを
防止する。このため起歪部に有害な信号が発生しない。
また、シリンコン薄膜等からなる蒸着型の歪ゲージは
ゲージファクタが大きく全体を小型化でき、圧力導入管
の連結には入熱の少ない溶接方法を使用すれば変形が少
なくシールも確実となる。
なお、流体の圧力は、ジョイント部材及び筒状台座部
の空洞を通してダイヤフラムに作用することとなる。
〔実施例〕
以下図面に基づき本考案の実施例を説明する。
第1図で示されるように、圧力変換器は、歪ゲージ15
が形成されたダイヤフラム16を有する圧力センサ部17
と、該圧力センサ部17を支えると共に該圧力センサ部17
に対して圧力を導入するジョイント部材18と、前記圧力
センサ部17からの信号を処理する信号処理装置を覆う、
前記ジョイント部材18に連結されたケース20とを備えて
いる。
圧力センサ部17は、ダイヤフラム16と、該ダイヤフラ
ム16を上端で支える筒状台座部21とを有している。
前記筒状台座部21は、圧力センサ部17の圧力導入部と
なるもので、その内部は圧力導入用の空洞22となってい
る。
図示例の場合、筒状台座部21及びダイヤフラム16はス
テンレス材の旋削等により一体的に作られている。
前記ダイヤフラム16は圧力センサ部17の起歪部となる
もので、その上面には酸化珪素(SiO2)の薄膜23が形成
され、更にその上にシリコン薄膜等からなる蒸着型歪ゲ
ージ15が形成されている。
前記酸化珪素薄膜23の形成には、プラズマCVD法が採
用されており、以下にプラズマCVD法を遂行するための
プラズマCVD装置について第2図を参照して説明する。
プラズマCVD装置には、誘導結合方式および容量結合
方式のものがある(詳しくは、菅野卓雄編著「半導体プ
ロセス技術」産業図書)。
ここでは、平行平板型の容量結合型プラズマCVD装置
を使用した場合について説明する。
第2図は、容量結合型プラズマCVD装置40の一実施例
であり、反応室41内には丸型の基板電極43と高周波電極
42が対向して配設されている。前記反応室41の外側部近
傍には、真空ポンプ(図示せず)に連通するための連通
路44,44が形成されていて、前記真空ポンプにより反応
室41内が排気されるようになっている。
一方、前記基板電極43の中央部にはガス導入路45が形
成されており、このガス導入路45が3方に分岐されてい
て、左端の分岐路は開閉弁SV1を介して水素化ケイ素ガ
ス(SiH4)供給源46に連結され、中間の分岐路は開閉弁
SV2を介して一酸化二窒素ガス(N2O)供給源47に連通さ
れ、そして右端の分岐路は開閉弁SV3を介して水素化ホ
ウ素ガス(B2H6)供給源48に連通されている。
また、前記基板電極43は磁気回転機構49により回転可
能に構成されており、そしてこの基板電極43の下方には
ヒータ50が配設されていて、このヒータ50により反応室
41内の基板電極43の温度がコントロールされるようにな
っている。
次に、上記プラズマCVD装置によりダイヤフラム16の
上面に酸化珪素薄膜23を析出させる方法について説明す
る。
まず、表面を研磨洗浄等の表面処理をしたダイヤフラ
ム16を反応室41内の基板電極43上に配置し、反応室41内
の空気を前記真空ポンプにより排気する。そして開閉弁
SV1およびSV2を開放し、水素化ケイ素ガス供給源46によ
りSiH4ガス(N290%希釈)を、一酸化二窒素ガス供給源
47よりN2Oガスをガス導入路45から反応室41内に導入す
る。このとき、N2OガスとSiH4ガスからなる反応ガスの
混合比は10:1である。またSiH4ガスとN2Oガスの流量は
ニードルバルブで微調整されて、たとえば反応ガスの総
流量は140SCCM(20℃1気圧での1分間あたりのcm3)で
調整した。そしてこの反応ガスに基板電極43と高周波電
極42とにより高周波電界を印加し、その電気的エネルギ
を利用して反応ガスを活性化し、この第1プラズマ雰囲
気下で気体状物質を反応させてダイヤフラム16の上面に
酸化珪素薄膜23を析出させる。このとき基板電極43の下
方に配設されたヒータ50によりダイヤフラム16は加熱さ
れるが、ダイヤフラム16の温度は約250〜500℃の範囲の
一定温度に保たれている。また反応室41内の圧力は10Pa
(パスカル)に保たれている。気体分子の平均自由行程
は絶対圧力に反比例するので、常圧における時よりも低
圧の時の方が平均自由行程が大きいため、形成される酸
化珪素薄膜の均一性が良い。一方、10-3Pa以下の超低圧
では平均自由行程が大きくなり過ぎ、気体分子のまわり
込みが悪くなり、凹凸面への膜の形成が出来にくくな
る。したがって反応室41内の圧力は102Pa〜10-3Paの範
囲内にあることが望ましいが、プラズマCVD法は10Pa〜1
0-3Paの範囲で行われるので凹凸面にも均一でまわり込
みの良い酸化珪素薄膜を形成することができる。なお、
ここでは前記したように10Paの圧力で行なった。
そして基板電極43と高周波電極42間のR.F.電力は70W
印加し所定時間保持し酸化珪素薄膜23をダイヤフラム16
上に所定厚さ堆積させた。
このあと、反応室41内を前記真空ポンプで排気し、絶
縁膜形成時のガスを一掃した残留しないようにした後、
ダイヤフラム16を約400〜650℃の範囲の一定温度に加熱
するとともに、開閉弁SV1およびSV3を開放し、SiH4ガス
(N290%希釈)とB2H6ガス(1500ppm、H2希釈)とを反
応室41内に導入する。このときSiH4ガスとB2H6ガスから
なる反応ガスの混合比は100:0.01〜100:2の範囲内のも
のを選定し、反応室41内の圧力は前述と同様に適当なも
のを選定し、所定時間保持する。
この第2プラズマ雰囲気下で気体状物質を反応させて
ダイヤフラム16の酸化珪素薄膜23上にホウ素化珪素(Si
B)からなるシリコン薄膜を形成する。
そして、前記シリコン薄膜にホトエッチングを施し、
部分的にシリコン薄膜を残してその他の部分を除去せし
め、残されたシリコン薄膜により歪ゲージ15を形成し、
この歪ゲージ15に金などの金属を蒸着して電極を形成す
る。
以上述べた実施例において、プラズマCVD法のパラメ
ータ(例えば金属製起歪部の加熱温度、ガスの成分およ
び濃度、反応容器の形状、ガス流量、容器内の圧力、処
理時間等)は絶縁膜と歪ゲージの特性、用途、形状等に
応じて適宜変更できる。
前記信号処理装置は、前記圧力センサ部17からの信号
を増幅する増幅器等を回路として含むもので、前記ジョ
イント部材18の軸方向と直交する方向に延在する基板19
の上に形成されている。そして、該基板19は、中央に穴
を有する環形となっており、前記圧力センサ部17の筒状
台座部21を囲繞し、その外周のリム部24に対し鍔状に保
持されている。
前記信号処理装置の増幅器は、前記圧力センサ部17の
歪ゲージ15がシリコン薄膜等からなる蒸着膜として形成
され、ゲージファクタが大きく、歪ゲージの出力信号が
強いことから、小型のもので済み、基板19中に組み込む
ことができるものである。
なお、圧力センサ部17の歪ゲージ15と基板19とは、ボ
ンディング線25により電気的に接続されている。また、
前記圧力センサ部17の歪ゲージ15を掩蔽し保護するゴム
製キャップ26が前記基板19に固着されている。
前記ジョイント部材18は、筒状に形成され、その上端
には前記圧力センサ部17の筒状台座部21の下端及び前記
ケース20の下端と係合する段差27が設けられ、下端には
圧力測定箇所に取り付けるための螺子28が設けられてい
る。
前記ケース20は、前記基板19の下方に位置する中央に
穴のあいた皿状のケース下部20aと、前記基板19及び圧
力センサ部17の上方に位置するキャップ状のケース上部
20bからなっており、それらの外周で嵌合されて全体と
して偏平形となっている。
前記ジョイント部材18の段差27の部分と前記ケース下
部20aの穴の周縁部とは、相互に重ね合わされた状態
で、前記筒状台座部21の下端に対して連結されている。
このとき、歪みゲージ15は蒸着型であるので、特に絶縁
物を介することなく直接ジョイント部材18の段差27に固
着でき圧力変換器全体がコンパクトになる。なお、前記
連結は、図示例の場合、電子ビーム溶接、レーザー溶接
等の入熱の少ない方法で溶接されている。このため連結
部分の変形も少なくシールも確実となっている。
なお、符号29で示されるものは、前記基板19と前記ケ
ース20との位置関係を規制するためのゴム製シール部材
である。
また、符号30で示されるものは、前記圧力センサ部17
からの出力信号を取り出すため前記基板19に半田付けさ
れたリード線であり、このリード線30は前記ケース20に
取り付けられたブッシュ31を貫通してケース20の外に出
ている。
以上のような圧力変換器を使用するに際して、圧力を
測定されるべき流体は、ジョイント部材18の軸に沿った
穴を通り、筒状台座部21の空洞22に至りダイヤフラム16
に作用する。これにより、圧力センサ部17に流体圧力に
応じた信号が発生し、基板19上の信号処理装置によって
処理された後、リード線から外部に取り出される。
〔考案の効果〕 本考案によれば、信号処理装置は、ジョイント部材の
軸方向と直交する方向に延在し圧力センサ部を囲繞する
基板の上に形成され、ケースは該基板を覆う偏平な形に
形成されていることから、圧力変換器のジョイント部材
軸方向における寸法を短縮化することができる。また、
歪ゲージは蒸着型であるから圧力センサ部は特に絶縁物
を介することなく直接ジョイント部材に取り付けること
ができ、上記ケース等が偏平であることと相俟って圧力
変換器を全体として小形化し設置スペースの限られた圧
力測定箇所にも取り付け易くすることができる。
また、圧力を受けるダイヤフラムは筒状台座部と共に
金属で一体的に形成され、筒状台座部がジョイント部材
に対し溶接されているので、高い圧力を測定することが
でき、しかもケースが筒状台座部と同じ箇所でジョイン
ト部材に溶接により連結されているので、溶接を一度で
済ませ連結部分の変形を少なくしシールを確実に行い圧
力測定の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案に係る圧力変換器の一実施例の垂直断面
図、第2図はCVD装置の構成図、第3図は従来の圧力変
換器の垂直断面図である。 15……歪ゲージ、16……ダイヤフラム、17……圧力セン
サ部、18……ジョイント部材、19……基板、20……ケー
ス、21……筒状台座部、22……空洞、23……酸化珪素薄

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】歪ゲージが形成されたダイヤフラムを有す
    る圧力センサ部と、該圧力センサ部を支えると共に該圧
    力センサ部に対して圧力を導入するジョイント部材と、
    前記圧力センサ部からの信号を処理する信号処理装置を
    抱持して前記ジョイント部材に連結されたケースとを備
    える圧力変換器において、前記歪ゲージは蒸着型として
    前記ダイアフラム上に形成され、前記ダイヤフラムは該
    ダイヤフラムを一端で支持する筒状台座部と共に金属で
    一体的に形成され、前記信号処理装置は、前記ジョイン
    ト部材の軸方向と直交する方向に延在し前記圧力センサ
    部を囲繞する基板の上に形成され、前記ケースは前記基
    板を覆う偏平な形に形成され、該ケースと前記筒状台座
    部とが前記ジョイント部材に対して同じ箇所で溶接され
    たことを特徴とする圧力変換器。
JP1989041342U 1989-04-06 1989-04-06 圧力変換器 Expired - Fee Related JPH089621Y2 (ja)

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