JPH10185730A - 圧力センサおよび差圧伝送器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールダイアフラムを特別に設ける必要が無
い圧力センサと、この圧力センサを備え構造が単純で小
型化でき低コストの差圧伝送器とを提供する。 【解決手段】 基板２と、基板２内で半導体ひずみゲー
ジ１０が形成されているダイアフラム３と、基板２内で
ダイアフラム３の上方に位置する上部厚肉部４と、ダイ
アフラム３と上部厚肉部４とを基板２に固定する固定部
５と、基板２の上部でダイアフラム３と上部厚肉部４と
固定部５とを測定対象流体から隔離するシールダイアフ
ラム６とからなり、内部のギャップ７に封入液８を満た
した圧力センサ。シールダイアフラム６の表面に耐食性
薄膜９をコーティングした。圧力センサ自身が、シール
ダイアフラム６を持っており、しかも耐食性薄膜９をコ
ーティングしてあるので、外部のシールダイアフラムが
不要となり、差圧伝送器を単純化，小型化でき、コスト
ダウンできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサおよび
差圧伝送器に係り、特に、測定対象流体による腐食など
から圧力センサチップを保護する目的で圧力センサの周
囲に隔離空間を形成していたシールダイアフラムを特別
に設けなくてもよくする圧力センサチップの構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】拡散形半導体ゲージを利用した従来の圧
力センサは、特開昭63−122925号公報に記載されている
ように、表面にひずみゲージを形成した薄肉部を有する
ダイアフラムを備えた圧力センサチップと、例えばパイ
レックスガラスを介して前記圧力センサチップを接合さ
れるシリコンダイと、例えば低融点ガラスを介して前記
シリコンダイを接合され前記圧力センサを差圧伝送器本
体に接続するポストとからなる。

【０００３】このような圧力センサのダイアフラム表面
に圧力が加わると、ダイアフラムにたわみが生じ、応力
が発生する。この応力をひずみゲージにより検出し、圧
力に換算し、その結果を出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記半導体ゲージを利
用した圧力センサを用いる差圧伝送器は、工業プラント
などで使用されるので、測定対象流体を圧力センサに直
接接触させた場合、圧力センサチップが測定対象流体に
より腐食される場合がある。

【０００５】この腐食を防ぐために、特別に設けたシー
ルダイアフラムにより隔離室を形成し、圧力センサをそ
の隔離室の内部に配置し、測定対象流体が圧力センサに
直接接触しないようにして、圧力センサを保護してい
る。従来の差圧伝送器は、例えば、特開平６−194247号
公報に記載されているように、主に、受圧部材と、圧力
センサと、シールダイアフラムと、第一圧力室および第
二圧力室と、第一隔離室および第二隔離室とからなる。
ふたつの隔離室には、測定対象流体が圧力センサに直接
接触しないように、シリコンオイルが封入されている。

【０００６】したがって、測定すべき圧力は、隔離室を
満たしているシリコンオイルを介して、圧力センサに伝
わる。このような構造においては、測定対象流体による
腐食から圧力センサを保護できる。しかし、外部に形成
されたシールダイアフラムがあるために、差圧伝送器の
構造が複雑になるとともに大きくなり、製造コストがか
かるという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、シールダイアフラムを特
別に設ける必要が無い圧力センサを提供することであ
る。

【０００８】本発明の他の目的は、シールダイアフラム
を特別に設ける必要が無い圧力センサを備え、構造が単
純であり、小型化でき、低コストの差圧伝送器を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、基板と、基板内で半導体ひずみゲージが
形成されているダイアフラムと、基板内でダイアフラム
の上方に位置する上部厚肉部と、ダイアフラムと上部厚
肉部とを基板に固定する固定部と、基板上部でダイアフ
ラムと上部厚肉部と固定部とを測定対象流体から隔離す
るシールダイアフラムとからなり、内部のギャップに封
入液を満たした圧力センサを提案するものである。

【００１０】前記シールダイアフラムの表面には、測定
対象流体に対する耐食性薄膜を形成することが望まし
い。

【００１１】また、上部厚肉部およびダイアフラムの周
りに溝を形成し、固定部の幅を小さくする。

【００１２】上部厚肉部または基板の対向面が、ダイア
フラムの所定値以上のたわみを拘束する位置にあるよう
にする。

【００１３】本発明は、上記他の目的を達成するため
に、測定対象流体受圧室が形成されている受圧部金属
と、第１シールシートと、上記いずれかの圧力センサ
と、第２シールシートと、固定金属と、上記各部材を密
封状態で固定するボルトとからなる差圧伝送器を提案す
る。

【００１４】本発明においては、圧力センサ自身の基板
上部に、ダイアフラムと上部厚肉部と固定部とを測定対
象流体から隔離するシールダイアフラムを形成し、内部
のギャップに封入液を満たしたので、外部のシールダイ
アフラムが不要となり、差圧伝送器を単純化，小型化で
き、コストダウンできる。

【００１５】また、シールダイアフラムの表面に、測定
対象流体に対する耐食性薄膜を形成すると、測定対象液
体によるセンサチップの腐食をより完全に防止できる。

【００１６】上部厚肉部およびダイアフラムの周りに溝
を形成し、固定部の幅を小さくしてあるから、圧力セン
サチップの各部のひずみが、ダイアフラムに伝わりにく
く、安定した圧力信号が出力される。

【００１７】上部厚肉部または基板の対向面が、ダイア
フラムの所定値以上のたわみを拘束する位置にあるよう
にしたので、加えられた圧力が、圧力測定範囲を越える
過大な圧力である場合は、上部厚肉部またはダイアフラ
ムへの基板の対向面が、ダイアフラムのたわみを拘束し
て、ダイアフラムの破損を防止する。

【００１８】測定対象流体受圧室が形成されている受圧
部金属と、第１シールシートと、上記いずれかの圧力セ
ンサと、第２シールシートと、固定金属と、上記各部材
を密封状態で固定するボルトとからなる差圧伝送器は、
従来と比較して、外部のシールダイアフラムが不要とな
り、単純化，小型化でき、コストダウンできる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、図１〜図１１を参照して、
本発明による圧力センサおよび差圧伝送器の実施例を説
明する。

【００２０】図２は、本発明による圧力センサの一実施
例の構造を示す平面図である。図１は、図２の線ａｂに
沿った断面構造を示す縦断面図であり、図３は、図２の
線ａｂに沿った圧力センサの断面構造を図４〜図１０の
切断個所とともに示す縦断面図である。図４，図５，図
６，図７，図８，図９，図１０は、それぞれ、図３の線
ｃｄ，線ｅｆ，線ｇｈ，線ｉｊ，線ｋｌ，線ｍｎ，線ｏ
ｐに沿った断面構造を示す平断面図である。

【００２１】本発明による圧力センサチップ１は、大き
く分けて、基板２と、ダイアフラム３と、ダイアフラム
３の上方に位置する上部厚肉部４と、ダイアフラム３と
上部厚肉部４とを基板２に固定する固定部５と、シール
ダイアフラム６とからなる。

【００２２】ダイアフラム３の表面には、図９に示すよ
うに、不純物の拡散により、半導体ひずみゲージ１０が
形成されている。圧力センサは、図７に示すように、溝
１１を形成することにより、上部厚肉部４とダイアフラ
ム３とを基板２に固定している固定部５を小さくしてあ
る。また、圧力センサチップ１の上面には、耐食性薄膜
９が形成されている。圧力センサチップ１内部のギャッ
プ７は、シリコンオイルなどの封入液８で満たされてい
る。

【００２３】図３に示すように、圧力センサチップ１の
受圧部に、圧力Ｐ＋ΔＰと圧力Ｐとが、それぞれ加わっ
た場合、ΔＰが圧力測定範囲内の圧力であれば、ダイア
フラム３にはたわみが生じ、圧力に比例した応力が生じ
る。この応力をひずみゲージ１０で電気信号に変換する
と、圧力に比例した出力信号が得られる。

【００２４】一方、ΔＰが、圧力測定範囲を越える過大
な圧力である場合は、上部厚肉部４またはダイアフラム
３への基板２の対向面１２が、ダイアフラム３のたわみ
を拘束して、ダイアフラム３の破損を防止する。

【００２５】また、圧力センサチップ１の温度が変化す
る際には、図７に示すように、固定部５が小さいので、
センサチップ１の各部のひずみが、ダイアフラム３に伝
わりにくく、安定した圧力信号が出力される。

【００２６】このように、本実施例の圧力センサチップ
１は、過大な圧力が加わっても、上部厚肉部４または基
板２の対向面１２が、ダイアフラム３のたわみを拘束す
るので、ダイアフラム３の破損が防止される。また、固
定部５が小さいので、温度が変化しても、出力感度の安
定性が低下することはない。

【００２７】さらに、圧力センサチップ１のシールダイ
アフラム６の表面を耐食性薄膜９でコーティングしてあ
るために、測定対象流体を圧力センサチップ１に直接接
触させても、ダイアフラム３が、腐食することはなく、
差圧伝送器において隔離部を形成するための特別なシー
ルダイアフラムを外部に形成する必要が無くなり、全体
として単純化，小型化され、低コストの差圧伝送器が得
られる。

【００２８】図１１は、図１の実施例の圧力センサチッ
プを受圧部金属に装着して構成した差圧伝送器の構造の
一例を示す縦断面図である。圧力センサチップ１は、樹
脂シート１６を介在させて、固定金属１４により受圧部
金属１７に搭載され、ボルト１５により固定されてい
る。受圧部金属１７には、測定対象流体受圧室１８が形
成されている。

【００２９】本実施例に使用している圧力センサ自身
が、過大な圧力によるダイアフラムの破損を防止する構
造と、測定対象液体によるセンサチップの腐食を防止す
る構造とを備えているために、圧力センサの外部には、
センタダイアフラムのようなダイアフラム破損防止構造
と、特別なシールダイアフラム構造とを備える必要がな
く、構造を単純化して小型化し、低コストの差圧伝送器
を提供できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、シールダイアフラムと
封入液とを圧力センサ自身の内部に有する圧力センサの
構造が得られる。したがって、このような構造の圧力セ
ンサを用いると、差圧伝送器に隔離部を確保するための
特別なシールダイアフラムを外部に設ける必要が無くな
り、差圧伝送器を小型化でき、低コストの差圧伝送器が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２の線ａｂに沿った圧力センサの断面構造を
示す縦断面図である。

【図２】本発明による圧力センサの一実施例の構造を示
す平面図である。

【図３】図２の線ａｂに沿った圧力センサの断面構造を
図４〜図１０の切断個所とともに示す縦断面図である。

【図４】図３のｃｄ線に沿った圧力センサの断面構造を
示す平断面図である。

【図５】図３のｅｆ線に沿った圧力センサの断面構造を
示す平断面図である。

【図６】図３のｇｈ線に沿った圧力センサの断面構造を
示す平断面図である。

【図７】図３のｉｊ線に沿った圧力センサの断面構造を
示す平断面図である。

【図８】図３のｋｌ線に沿った圧力センサの断面構造を
示す平断面図である。

【図９】図３のｍｎ線に沿った圧力センサの断面構造を
示す平断面図である。

【図１０】図３のｏｐ線に沿った圧力センサの断面構造
を示す平断面図である。

【図１１】図１の実施例の圧力センサチップを受圧部金
属に装着して構成した差圧伝送器の構造の一例を示す縦
断面図である。

【符号の説明】

１ 圧力センサチップ ２ 基板 ３ ダイアフラム ４ 上部厚肉部 ５ 固定部 ６ シールダイアフラム ７ ギャップ ８ 封入液 ９ 耐食性薄膜 １０ 半導体ひずみゲージ １１ 溝 １２ ダイアフラム３への基板２の対向面 １４ 固定金属 １５ ボルト １６ 樹脂シート １７ 受圧部金属 １８ 測定対象流体受圧室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 民雄 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 清水 康司 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、前記基板内で半導体ひずみゲー
   ジが形成されているダイアフラムと、前記基板内で前記
   ダイアフラムの上方に位置する上部厚肉部と、前記ダイ
   アフラムと前記上部厚肉部とを前記基板に固定する固定
   部と、前記基板上部で前記ダイアフラムと前記上部厚肉
   部と前記固定部とを測定対象流体から隔離するシールダ
   イアフラムとからなり、 内部のギャップに封入液を満たした圧力センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の圧力センサにおいて、 前記シールダイアフラムの表面に、前記測定対象流体に
   対する耐食性薄膜を形成したことを特徴とする圧力セン
   サ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の圧力センサに
   おいて、 前記上部厚肉部および前記ダイアフラムの周りに溝を形
   成し前記固定部の幅を小さくしたことを特徴とする圧力
   センサ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか一項に記載
   の圧力センサにおいて、 前記上部厚肉部または前記基板の対向面が、前記ダイア
   フラムの所定値以上のたわみを拘束する位置にあること
   を特徴とする圧力センサ。
5. 【請求項５】 測定対象流体受圧室が形成されている受
   圧部金属と、 第１シールシートと、 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の圧力センサ
   と、 第２シールシートと、 固定金属と、 上記各部材を密封状態で固定するボルトとからなる差圧
   伝送器。