JPS58198739A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents
静電容量型圧力センサInfo
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- JPS58198739A JPS58198739A JP8208582A JP8208582A JPS58198739A JP S58198739 A JPS58198739 A JP S58198739A JP 8208582 A JP8208582 A JP 8208582A JP 8208582 A JP8208582 A JP 8208582A JP S58198739 A JPS58198739 A JP S58198739A
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- pressure
- electrode
- diaphragm
- sensitive
- capacitance
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring 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
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0075—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a ceramic diaphragm, e.g. alumina, fused quartz, glass
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は圧力カプセル内に設けられた基準コンデンサに
よって得た基準容量と圧力に応じて変化する感圧容量と
の比を計測してこれにより圧力に比例した電気信号を出
力する静電＃置型圧カセンサに関する。
よって得た基準容量と圧力に応じて変化する感圧容量と
の比を計測してこれにより圧力に比例した電気信号を出
力する静電＃置型圧カセンサに関する。
近年、マイクロコンピュータを使った電子的な制御方式
による自動車エンジンの空燃比制御が盛んになってきて
いる。この制御システムは、エンジン燃焼に必要な物理
情報（空気量、空気温度、クランク角など）をセンサに
よって検知し、こｎらのセンサ情報を演算処理し、最適
なエンジン燃焼条件を設定するものである。この中で、
自動車用の圧力センサは、マニホールド内の絶対圧力（
Ｐａ）を測定し、圧力に比例した電気信号（一般には直
流電圧）をマイクロコンピユーｐｖｃ入力する役割を担
っている。従って、マニホールド内の圧力を正確に計測
するため、この圧力センサはできる限りエンジンの近く
に取りつける方が好ましい。また、吸込空気中の汚染ガ
スセンサ内にも侵入する危険性もある。これらの理由か
ら、自動車用の圧力センサは、使用温度範囲が一り０℃
〜１２０Ｃと広く、使用環境条件もいわゆる民生分野で
の圧力センサとは比較にならない程過酷なものである。
による自動車エンジンの空燃比制御が盛んになってきて
いる。この制御システムは、エンジン燃焼に必要な物理
情報（空気量、空気温度、クランク角など）をセンサに
よって検知し、こｎらのセンサ情報を演算処理し、最適
なエンジン燃焼条件を設定するものである。この中で、
自動車用の圧力センサは、マニホールド内の絶対圧力（
Ｐａ）を測定し、圧力に比例した電気信号（一般には直
流電圧）をマイクロコンピユーｐｖｃ入力する役割を担
っている。従って、マニホールド内の圧力を正確に計測
するため、この圧力センサはできる限りエンジンの近く
に取りつける方が好ましい。また、吸込空気中の汚染ガ
スセンサ内にも侵入する危険性もある。これらの理由か
ら、自動車用の圧力センサは、使用温度範囲が一り０℃
〜１２０Ｃと広く、使用環境条件もいわゆる民生分野で
の圧力センサとは比較にならない程過酷なものである。
圧力によるダイアフラムの変位を内面に対向して設けた
ｗＬ極を介して静電容量変化として検出する方式の圧力
センサ（静電容量式圧力センサ）が、その原理的な安定
性と、使用材料が有する強靭性から、自動車用圧力セン
サとして適している。
ｗＬ極を介して静電容量変化として検出する方式の圧力
センサ（静電容量式圧力センサ）が、その原理的な安定
性と、使用材料が有する強靭性から、自動車用圧力セン
サとして適している。
この種の圧力センサは、カプセル材料として、アルミナ
磁器や、熱膨張係数の小さい石英ガラスなどを用いてお
り、容量の湿度依存性も比較的小さいのが特徴である。
磁器や、熱膨張係数の小さい石英ガラスなどを用いてお
り、容量の湿度依存性も比較的小さいのが特徴である。
しかし、上記の如き自動車用としては、温度特性面（温
度と出力電圧との関係）でまだ充分とは言えない。なぜ
なら、−８０℃〜１２０℃の温度範囲においての出力電
圧の精度が、Ｌ７ （％フルケール）要求されるのに対
し、このタイプの圧力センサは、カプセル容量の変化率
だけをみても±２．５（％フルスケール）もあり、さら
に、静電容量を直流電圧に変換するセンサ回路の温度依
存性も加味すれば±５ （％フルケー７／）と大きくな
り、とても実用にそぐわないからである。このため、従
来の静電容量式圧力センサは、センサ回路で圧力カプセ
ルの温度特性を補償する必要があり、このため製造工程
が非常に複雑になるばかりでなく良品率も極めて小さか
った。
度と出力電圧との関係）でまだ充分とは言えない。なぜ
なら、−８０℃〜１２０℃の温度範囲においての出力電
圧の精度が、Ｌ７ （％フルケール）要求されるのに対
し、このタイプの圧力センサは、カプセル容量の変化率
だけをみても±２．５（％フルスケール）もあり、さら
に、静電容量を直流電圧に変換するセンサ回路の温度依
存性も加味すれば±５ （％フルケー７／）と大きくな
り、とても実用にそぐわないからである。このため、従
来の静電容量式圧力センサは、センサ回路で圧力カプセ
ルの温度特性を補償する必要があり、このため製造工程
が非常に複雑になるばかりでなく良品率も極めて小さか
った。
以上のように、従来の静電容量式圧力センサは、原理的
にも材料的にも優れた面を有しているが、自動車用セン
サとしてのより厳しい特性精度を確保するには大きな問
題が残さｎており、実用に供し難かった。
にも材料的にも優れた面を有しているが、自動車用セン
サとしてのより厳しい特性精度を確保するには大きな問
題が残さｎており、実用に供し難かった。
本発明は上記の点に鑑み、温度特性を向上できる静電容
量型圧力センサを得ることを目的とする。
量型圧力センサを得ることを目的とする。
すなわち本発明は、アルミナ焼結体から成る基台と、ア
ルミナ焼結薄板から成り前記基台に所定間隔をあけて対
向するダイアプラムと、これら基台とダイアフラムとを
それらの外周部にて互いに ”結合するガラス層と
を設け、前記基台の前記ダイアフラムとの対向面上には
、この対向面の中心部に感圧容量室ｉを形成すると共に
、この感圧容量電極と前記ガラス層との中間位置に基準
容量電極を形成し、前記ダイアプラムの前記基台との対
向面には前記感圧容量電極及び基準容量電極に対向する
共通電極を形成し、前記ダイアフラムに加わる圧力によ
って変化する感圧容量と基準容量との比を電気的に計測
する検出回路を設け、前記基台上の前記基準容量１！極
の外周とガラス層の内周との距離をガラス層の内径の４
〜１５％の範囲に設定したものであり、基準容量電極と
ガラス層との距離を一定勧囲内に保つ事により、温度特
性の向上を図ることができるのである。
ルミナ焼結薄板から成り前記基台に所定間隔をあけて対
向するダイアプラムと、これら基台とダイアフラムとを
それらの外周部にて互いに ”結合するガラス層と
を設け、前記基台の前記ダイアフラムとの対向面上には
、この対向面の中心部に感圧容量室ｉを形成すると共に
、この感圧容量電極と前記ガラス層との中間位置に基準
容量電極を形成し、前記ダイアプラムの前記基台との対
向面には前記感圧容量電極及び基準容量電極に対向する
共通電極を形成し、前記ダイアフラムに加わる圧力によ
って変化する感圧容量と基準容量との比を電気的に計測
する検出回路を設け、前記基台上の前記基準容量１！極
の外周とガラス層の内周との距離をガラス層の内径の４
〜１５％の範囲に設定したものであり、基準容量電極と
ガラス層との距離を一定勧囲内に保つ事により、温度特
性の向上を図ることができるのである。
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第１
図（Ａ）は圧力カプセルの断面図、同図（司は同平面図
である。（１）はアルミナ基台そろり、この基台（１）
上に設けられた、感圧容量電極（２）及びその周辺に設
けられた基準容量電極（３）は、ダイアフラム（４）面
に設けられた共通電極（５）と対向しており、両者には
、電極間距離に応じた静電容量Ｃｐ、Ｃｒが生じ、この
感圧容量Ｃｐ及び基準容量Ｃｒは、前記電極（２） （
３） （５）にそ１ぞれ接続さｎた８本のリード線（６
）を通して得られる。また、ダイアフラム（４）はアル
ミナ薄板からなり、アルミナ基台（１）周辺で、ガラス
層（７）によって固定されている。カプセル内部（８）
は減圧状態で半田（９）により封止さむ１、ダイアフラ
ム（４）に加わる圧力に応じて、共通電極（５）と感圧
容量室Ｗ （２）との間の距離が変り、圧力に応じた感
圧容量Ｃ，が得られる。
図（Ａ）は圧力カプセルの断面図、同図（司は同平面図
である。（１）はアルミナ基台そろり、この基台（１）
上に設けられた、感圧容量電極（２）及びその周辺に設
けられた基準容量電極（３）は、ダイアフラム（４）面
に設けられた共通電極（５）と対向しており、両者には
、電極間距離に応じた静電容量Ｃｐ、Ｃｒが生じ、この
感圧容量Ｃｐ及び基準容量Ｃｒは、前記電極（２） （
３） （５）にそ１ぞれ接続さｎた８本のリード線（６
）を通して得られる。また、ダイアフラム（４）はアル
ミナ薄板からなり、アルミナ基台（１）周辺で、ガラス
層（７）によって固定されている。カプセル内部（８）
は減圧状態で半田（９）により封止さむ１、ダイアフラ
ム（４）に加わる圧力に応じて、共通電極（５）と感圧
容量室Ｗ （２）との間の距離が変り、圧力に応じた感
圧容量Ｃ，が得られる。
第２図は検出回路の一例を示す回路図で、αＯは第１図
に示すカプセル、Ｃｐは前記感圧容量、Ｃｒは基準容量
である。容量Ｃｐ、Ｃｒの共通電極は電源ＶＣＣに接続
され、またそｎぞれ並列にスイッチ素子として動作する
トランジスタ（Ｑｌ）（Ｑ、）が接続されており、こｎ
らトランジスタ（Ｑ、→（Ｑ、）とアースとの間には、
それぞれ抵抗（Ｒｒ ） （Ｒｓ ）が接続さｎている
。これらの抵抗（Ｒｓ ） （Ｒｓ ）とトランジスタ
（Ｑ、） （Ｑｌ）は容量Ｃｐ５ｃｒの充放電路を形成
している。感圧容量Ｃ，と抵抗（Ｒ１）め接続点、およ
び基準容量Ｃｒと抵抗（Ｒ１）の接続点には、それぞれ
電圧比較器（Ｉｌｌ（Ｉｚのプラス入力端子が接続され
ており、電圧比較器ｆｌ１１０２１のマイナス入力端子
には共通の基準電圧Ｖｒ＊ｆが供給されている。を王比
較器［＋１）の出力はトランジスタ（Ｑｔ）（Ｑ、）の
ベースに、また電圧比較器０２１の出力は抵抗（Ｒ１）
’ｅ介してトランジスタ（Ｑ、）のベースにそｎぞれ入
力さむる。トランジスタ（Ｑ、）のコレクタからローパ
スフィルタ （ＬＰＦ）ｌＩ＆ｇ介して直流出力Ｖｏｕ
ｔ′ｔ−得る。
に示すカプセル、Ｃｐは前記感圧容量、Ｃｒは基準容量
である。容量Ｃｐ、Ｃｒの共通電極は電源ＶＣＣに接続
され、またそｎぞれ並列にスイッチ素子として動作する
トランジスタ（Ｑｌ）（Ｑ、）が接続されており、こｎ
らトランジスタ（Ｑ、→（Ｑ、）とアースとの間には、
それぞれ抵抗（Ｒｒ ） （Ｒｓ ）が接続さｎている
。これらの抵抗（Ｒｓ ） （Ｒｓ ）とトランジスタ
（Ｑ、） （Ｑｌ）は容量Ｃｐ５ｃｒの充放電路を形成
している。感圧容量Ｃ，と抵抗（Ｒ１）め接続点、およ
び基準容量Ｃｒと抵抗（Ｒ１）の接続点には、それぞれ
電圧比較器（Ｉｌｌ（Ｉｚのプラス入力端子が接続され
ており、電圧比較器ｆｌ１１０２１のマイナス入力端子
には共通の基準電圧Ｖｒ＊ｆが供給されている。を王比
較器［＋１）の出力はトランジスタ（Ｑｔ）（Ｑ、）の
ベースに、また電圧比較器０２１の出力は抵抗（Ｒ１）
’ｅ介してトランジスタ（Ｑ、）のベースにそｎぞれ入
力さむる。トランジスタ（Ｑ、）のコレクタからローパ
スフィルタ （ＬＰＦ）ｌＩ＆ｇ介して直流出力Ｖｏｕ
ｔ′ｔ−得る。
第８図は第２図に示す検出回路の各部信号波形図であり
、（Ａ）は電圧比較器０１＋ Ｈのプラス入力端子にお
ける電圧Ｂｐ、］！ｉｒの波形、ω）は電１庄比較器θ
２の出力波形すなわちトランジスタ（Ｑ、）のベース入
力波形、（Ｃ）はトランジスタ（Ｑ、）のコレクタ出力
波形である。
、（Ａ）は電圧比較器０１＋ Ｈのプラス入力端子にお
ける電圧Ｂｐ、］！ｉｒの波形、ω）は電１庄比較器θ
２の出力波形すなわちトランジスタ（Ｑ、）のベース入
力波形、（Ｃ）はトランジスタ（Ｑ、）のコレクタ出力
波形である。
いま、トランジスタ（Ｑ、）（Ｑｌ）がオンからオフに
変わったとすると、ｔＦＥ比較器（Ｉｌｌ （１２１の
プラス入力端子電圧は容量Ｃｐ％Ｃｒとそれぞれに：：
、。
変わったとすると、ｔＦＥ比較器（Ｉｌｌ （１２１の
プラス入力端子電圧は容量Ｃｐ％Ｃｒとそれぞれに：：
、。
接続さｎた抵抗（Ｒｔ） （Ｒ１）とで形成さｎる時定
数ＶＣＣから緻８図（Ａ）に示すように指数関数状に降
下する。この電圧降下は次式で表現される。
数ＶＣＣから緻８図（Ａ）に示すように指数関数状に降
下する。この電圧降下は次式で表現される。
Ｃｐ側：Ｂｐ＝Ｖｃｃ ｅＸｐ （−−） ・・−
（１）ＣｐＲｌ あるので、Ｅｐ）Ｂ、である。ＥｒがＶ ｒ ａ ｆ
ｆ過ぎる瞬間に電圧比較器＋１２１の出力は高レベルか
ら低レベルに低下し、同様に′ＢｐがＶｅｒｆ″ｆ：過
ぎる瞬間に電圧比較器（ＩＩ）の出力は高レベル示ら低
し ′ベルに落ちる。ところが電圧比較器（１１）が低
レベルに反転すると、トランジスタ（Ｑｔ） （Ｑｓ）
Ｕ再びオンに転するので、電圧比較器（ｕ） ０２１の
グラス入力端子の電圧は再びＶｃＣとなる。すると、電
圧比較器（＋１１の出力が高レベルに転じ、トランジス
タ（Ｑｓ ） （Ｑｓ ） ｋオフにする。したがって
、電圧比較器（１１） （１２１のプラス入力端子の電
圧は第８図（Ａ）のような繰り返し波形となる。また、
トランジスタ（Ｑ８）のベースには第８図（］３）のよ
うなＨｐ、１！ｉｔがＶｒ＠ｆｖｉ−過ぎる時間差に対
応するパルス幅を持つ２ ｔ＜ Ａ／ 、２ 列が得ら
ｎる。トランジスタ（Ｑ、 ） Ｏコレクタには、これ
を反転増幅した第８図（Ｃ）のようなパルス列が得られ
る。従ってパルス列の平均電圧は、前記（１）式、（２
）式を用いて次式のように計算される。
（１）ＣｐＲｌ あるので、Ｅｐ）Ｂ、である。ＥｒがＶ ｒ ａ ｆ
ｆ過ぎる瞬間に電圧比較器＋１２１の出力は高レベルか
ら低レベルに低下し、同様に′ＢｐがＶｅｒｆ″ｆ：過
ぎる瞬間に電圧比較器（ＩＩ）の出力は高レベル示ら低
し ′ベルに落ちる。ところが電圧比較器（１１）が低
レベルに反転すると、トランジスタ（Ｑｔ） （Ｑｓ）
Ｕ再びオンに転するので、電圧比較器（ｕ） ０２１の
グラス入力端子の電圧は再びＶｃＣとなる。すると、電
圧比較器（＋１１の出力が高レベルに転じ、トランジス
タ（Ｑｓ ） （Ｑｓ ） ｋオフにする。したがって
、電圧比較器（１１） （１２１のプラス入力端子の電
圧は第８図（Ａ）のような繰り返し波形となる。また、
トランジスタ（Ｑ８）のベースには第８図（］３）のよ
うなＨｐ、１！ｉｔがＶｒ＠ｆｖｉ−過ぎる時間差に対
応するパルス幅を持つ２ ｔ＜ Ａ／ 、２ 列が得ら
ｎる。トランジスタ（Ｑ、 ） Ｏコレクタには、これ
を反転増幅した第８図（Ｃ）のようなパルス列が得られ
る。従ってパルス列の平均電圧は、前記（１）式、（２
）式を用いて次式のように計算される。
ｔ、 Ｃｒ
Ｖｏｕｔ＝ −−Ｖｃｃ＝＝Ｖｃｃ （１−チ璽）
＝ １３＞を重 十ｔ。
＝ １３＞を重 十ｔ。
ただしａ、＝Ｒ，とする。
以上の様に上記の検出回路では、Ｃｐ、Ｃｒ。
ＶｃＣのみに依存する出力Ｖｏｕｔが得られる。この様
な、基準□容量Ｃｒと感圧容量Ｃｐと比較検知する回路
を用いる場合、回路での誤差（パルス遅れなど）が全く
無いとすれば、田方カプセル員の容量特性が出力特性に
大きく影響する事になる。
な、基準□容量Ｃｒと感圧容量Ｃｐと比較検知する回路
を用いる場合、回路での誤差（パルス遅れなど）が全く
無いとすれば、田方カプセル員の容量特性が出力特性に
大きく影響する事になる。
つまり、電３）式から、Ｙｏｕｔの温度特性は１−７丁
の値の温度特性そのものとも言える。
の値の温度特性そのものとも言える。
一方、感圧容量Ｃｐ、基準容量Ｃｒは、理想的にはそれ
ぞｎの電極（２） １３）の面積と、共通電極（５）と
の距離で決まるが、東際には、圧力カプセルａＯ中の浮
遊容量が付加される。第４図にその等価回路を示す。図
において、Ｃ、Ｉ、Ｃ，ｌはそれぞれ対向電極間で生ず
る容量、またＣｇは封着ガラス層（７）を介してＣｒ’
に並列に付加される浮遊容量、Ｃｓは基準容量電極＋３
）と感圧容量電極（２）との間に生ずるアルミナ基台（
１）の表面容量である。従って実効Ｃ−ＣＩ Ｃｒ＝Ｏｒ’十〇ｇ＋ Ｃ，＋Ｃ，！ ＝（５
１で表わされる。なおＣｐは第４図における端子（イ）
（ロ）間、Ｏｒは第４図における端子（イ）（ハ）間の
容量である。ここで、Ｃ＄はＣｐ’、 Ｃｒ’に比べ
て極めて小さい所から、上の２式は Ｃｐ’：” Ｐ’ ・・・（６）Ｏ
ｒ中ｃ ｒ ’ ＋ Ｃｇ ・・−（７
）と書き直される。こｎを上記（３）式に代入すると、
出力電圧Ｖ ｏ ｕ ｔは となる。この（８）式における各容量の温度特性につい
て考察するに Ｃｐ ｌとＣｒ’は、アルミナダイアプ
ラム（４）のヤング率の温度依存性や、ガラス（７）の
熱膨張係数などによって決まるため、温度変化に対する
そｎらの容量変化率は等しく、出力電圧に対する影響は
少ない。ところが Ｃ，ｌに並列に付加嘔れる浮遊容量
Ｃｇは、大きな温度依存性を有しているため、出力電圧
に対する影響は無視できない。
ぞｎの電極（２） １３）の面積と、共通電極（５）と
の距離で決まるが、東際には、圧力カプセルａＯ中の浮
遊容量が付加される。第４図にその等価回路を示す。図
において、Ｃ、Ｉ、Ｃ，ｌはそれぞれ対向電極間で生ず
る容量、またＣｇは封着ガラス層（７）を介してＣｒ’
に並列に付加される浮遊容量、Ｃｓは基準容量電極＋３
）と感圧容量電極（２）との間に生ずるアルミナ基台（
１）の表面容量である。従って実効Ｃ−ＣＩ Ｃｒ＝Ｏｒ’十〇ｇ＋ Ｃ，＋Ｃ，！ ＝（５
１で表わされる。なおＣｐは第４図における端子（イ）
（ロ）間、Ｏｒは第４図における端子（イ）（ハ）間の
容量である。ここで、Ｃ＄はＣｐ’、 Ｃｒ’に比べ
て極めて小さい所から、上の２式は Ｃｐ’：” Ｐ’ ・・・（６）Ｏ
ｒ中ｃ ｒ ’ ＋ Ｃｇ ・・−（７
）と書き直される。こｎを上記（３）式に代入すると、
出力電圧Ｖ ｏ ｕ ｔは となる。この（８）式における各容量の温度特性につい
て考察するに Ｃｐ ｌとＣｒ’は、アルミナダイアプ
ラム（４）のヤング率の温度依存性や、ガラス（７）の
熱膨張係数などによって決まるため、温度変化に対する
そｎらの容量変化率は等しく、出力電圧に対する影響は
少ない。ところが Ｃ，ｌに並列に付加嘔れる浮遊容量
Ｃｇは、大きな温度依存性を有しているため、出力電圧
に対する影響は無視できない。
次に第１図を参照しながら圧力カフ“セル００の製造過
程を説明する。先ず酸化アルミニウムを９６重量％含む
厚さ２關の焼結磁気を基台（１）とし、その研磨された
面上に、直径５〜８０ｍの円形薄膜電極から成る感圧容
量電極（２）と、Ｃ字状の薄膜電極から成る基準容量電
極（３）全形成した。この時の両者の！極面積は等しく
した。次に基準容量電極（３）の外周から一定距離離ｆ
した基台（１）上の外周部に、高湿で安定な酸化物から
なる球状ビーズ（直径１０〜８０μｍ＞ｋ微量含むＰｂ
Ｏ系ガラスペーストヲ印刷し、ガラス層（７）を設けた
。この時、ガラス層（７）の内径に対して、ガラス層（
７）内周と基準容量電極（３）外周との間の距離が４〜
１６チとなる１１１１ ように選んだ。次にアルミナを主成分とする焼結薄板か
らなるダイアフラム（４）の片面に、基準容量電極＋３
）よりも大きい円形薄膜電極を共通電極（５）として設
け、前記基台（１）の電極（２） ＋３）面と対向する
ように重ね、一定荷重を加えながら加熱した。この時の
加熱条件は、使用するガラス材料によっても異なるが、
ピーク温度が４００〜７００℃で保持時間が１０〜８０
分程度で行なうのが適している。
程を説明する。先ず酸化アルミニウムを９６重量％含む
厚さ２關の焼結磁気を基台（１）とし、その研磨された
面上に、直径５〜８０ｍの円形薄膜電極から成る感圧容
量電極（２）と、Ｃ字状の薄膜電極から成る基準容量電
極（３）全形成した。この時の両者の！極面積は等しく
した。次に基準容量電極（３）の外周から一定距離離ｆ
した基台（１）上の外周部に、高湿で安定な酸化物から
なる球状ビーズ（直径１０〜８０μｍ＞ｋ微量含むＰｂ
Ｏ系ガラスペーストヲ印刷し、ガラス層（７）を設けた
。この時、ガラス層（７）の内径に対して、ガラス層（
７）内周と基準容量電極（３）外周との間の距離が４〜
１６チとなる１１１１ ように選んだ。次にアルミナを主成分とする焼結薄板か
らなるダイアフラム（４）の片面に、基準容量電極＋３
）よりも大きい円形薄膜電極を共通電極（５）として設
け、前記基台（１）の電極（２） ＋３）面と対向する
ように重ね、一定荷重を加えながら加熱した。この時の
加熱条件は、使用するガラス材料によっても異なるが、
ピーク温度が４００〜７００℃で保持時間が１０〜８０
分程度で行なうのが適している。
次に、絶対圧力を検知できるように、カプセル内部（８
）を（ＬＩＭＨｚ以下の真空に保ち、半田（９）によっ
て封止した。さらに、各電極ｆ２） ＋３） ＋５１と
電俄的接続を得る九めのリード線（６１’ｉｒ−８本設
ける。この時、カプセルの容量Ｃｐ、Ｃｒを圧力と周囲
湿度を変えて測定した。この様にして得らｎた圧カカプ
セ／Ｉ／Ｑ＋３は、回路部α褐等と共に、・・ウジング
（Ｉ均に組込まｎる。第５図に圧力センサの分解斜視図
を、第６図に圧力センサの断面図を示す。両図において
、圧力カプセルαＯは、検知圧力と外圧との気密性を保
つためのＯリング蜘と押え金具（Ｉ乃とによって固定さ
れる。さらに、回路部α褐は］・ウジシダ０均中に固定
さｎ、圧力カプセルα１中のリード線（６）がこ扛に接
続さｆＬる。次に、圧力ボート（ｌ樽内の圧力を開化さ
せ、測定圧力と出力（直流電圧）との関係が直線関係に
なる様に、回路部Ｉの回路定数を修正し、最後に、蓋四
で封止した。嘔らに圧力ボート（１８１に加える圧力と
周囲湿度とを変え、出力電圧Ｖ ｏ ｕ ｔを測定した
。
）を（ＬＩＭＨｚ以下の真空に保ち、半田（９）によっ
て封止した。さらに、各電極ｆ２） ＋３） ＋５１と
電俄的接続を得る九めのリード線（６１’ｉｒ−８本設
ける。この時、カプセルの容量Ｃｐ、Ｃｒを圧力と周囲
湿度を変えて測定した。この様にして得らｎた圧カカプ
セ／Ｉ／Ｑ＋３は、回路部α褐等と共に、・・ウジング
（Ｉ均に組込まｎる。第５図に圧力センサの分解斜視図
を、第６図に圧力センサの断面図を示す。両図において
、圧力カプセルαＯは、検知圧力と外圧との気密性を保
つためのＯリング蜘と押え金具（Ｉ乃とによって固定さ
れる。さらに、回路部α褐は］・ウジシダ０均中に固定
さｎ、圧力カプセルα１中のリード線（６）がこ扛に接
続さｆＬる。次に、圧力ボート（ｌ樽内の圧力を開化さ
せ、測定圧力と出力（直流電圧）との関係が直線関係に
なる様に、回路部Ｉの回路定数を修正し、最後に、蓋四
で封止した。嘔らに圧力ボート（１８１に加える圧力と
周囲湿度とを変え、出力電圧Ｖ ｏ ｕ ｔを測定した
。
また本発明の効果？より明らかにするため、上記実施例
に対して、基準容量電極１３）の外周の位置全ガラス層
（７）にその内径の４％以下に近づけた点のみが異なる
ものを比較例として製作し、こｎを実施例と同様に測定
した。
に対して、基準容量電極１３）の外周の位置全ガラス層
（７）にその内径の４％以下に近づけた点のみが異なる
ものを比較例として製作し、こｎを実施例と同様に測定
した。
第７図は、実施例と比較例の圧力カプセルαＯにおいて
、基準容量電極（３）の外周位置ケ変えた時の測定圧力
が０（ｗＨｇ）におけるｃｐ％Ｃｒ容量る。このように
基準容量電極（３）の外周位置がガラスＪｉｉＨ力に近
づきその距離がガラス層（７）の内径に対して４％以下
まで近づくと、ＯｒがＣｐに比べて急激に大きくなる。
、基準容量電極（３）の外周位置ケ変えた時の測定圧力
が０（ｗＨｇ）におけるｃｐ％Ｃｒ容量る。このように
基準容量電極（３）の外周位置がガラスＪｉｉＨ力に近
づきその距離がガラス層（７）の内径に対して４％以下
まで近づくと、ＯｒがＣｐに比べて急激に大きくなる。
こｎは、前述の様に、基準容量電極（３）がガラス層（
７）に近づく事によって、Ｃｒ’は使らないがＣｇが増
加するためである。また逆に、１５チを棺えると、感圧
容量電極（２）との距離が確保されなくなり、Ｃｓの影
響が出て好ましくない。
７）に近づく事によって、Ｃｒ’は使らないがＣｇが増
加するためである。また逆に、１５チを棺えると、感圧
容量電極（２）との距離が確保されなくなり、Ｃｓの影
響が出て好ましくない。
さらに、第８図にＣｐ、Ｃｒの２５〜１２５℃間におけ
る容量父化率（△Ｃ７℃）を示す。
る容量父化率（△Ｃ７℃）を示す。
第８図（Ａ）は比較例における代表例である。これから
、基準容量電極（３）の外周位置をガラス層（７］から
その内径に対して４〜１５チ離す事により、Ｃｇの値が
小さくなり、これによってＣ，の沼度閲化（△Ｃｒ）に
対する影響が小さくなる事がわかる。
、基準容量電極（３）の外周位置をガラス層（７］から
その内径に対して４〜１５チ離す事により、Ｃｇの値が
小さくなり、これによってＣ，の沼度閲化（△Ｃｒ）に
対する影響が小さくなる事がわかる。
さらに、第９図は千カカプセルαＯ會圧カセンサとして
組み立て、温度特性を測定し、圧力４５０Ｍ）ｉｇにお
ける出力電圧の設定圧力からのズレ（△Ｐ）を示したも
のである。同図において、実線（Ａ）は比較例、実線（
Ｂ）は実施例の場合を示す。これから、基準容量電極（
３）をガラス層内径に対して４〜１５チの範囲でガラス
層（７）から離した位置に設ける事により、圧力センサ
の出力の温度依存性が極めて小さくなる事がわかる。
組み立て、温度特性を測定し、圧力４５０Ｍ）ｉｇにお
ける出力電圧の設定圧力からのズレ（△Ｐ）を示したも
のである。同図において、実線（Ａ）は比較例、実線（
Ｂ）は実施例の場合を示す。これから、基準容量電極（
３）をガラス層内径に対して４〜１５チの範囲でガラス
層（７）から離した位置に設ける事により、圧力センサ
の出力の温度依存性が極めて小さくなる事がわかる。
なお、上記実施例においては、検出回路として、Ｃ，と
Ｃｒの充電時間の差を利用し、出力電圧がに限るもので
はなく、ｃｐとＯｒの容量の比を比較する回路方式でさ
えあれば同様の効果が得られる。
Ｃｒの充電時間の差を利用し、出力電圧がに限るもので
はなく、ｃｐとＯｒの容量の比を比較する回路方式でさ
えあれば同様の効果が得られる。
以上説明したように、本発明にかかる静電容量型圧力セ
ンサによれば、基準容量電極の外周とガラス層の内周と
の距離金、ガラス層の内径の４〜１５係の範囲にしたの
で、出力の温度依存性を大幅に減少でき、優れた湿度特
性を得ることができる。
ンサによれば、基準容量電極の外周とガラス層の内周と
の距離金、ガラス層の内径の４〜１５係の範囲にしたの
で、出力の温度依存性を大幅に減少でき、優れた湿度特
性を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例における圧力カプセルを承し
、い）は断面図、（Ｂ）は平面図、第２図は本発明の一
実施例における検出回路の回路構成図、第８図は第２図
に示す検出回路の各部の波形図、第４図は圧力カプセル
の電気的等価回路図、第５図は本発明の一実施例におけ
゛・る圧力センサの分解斜視図、第６図は同断面Ｎ１第
７図は圧力カプセルの容量比の説明図、第８図は圧力カ
プセルの容′Ｍ斐化率の説明図、第９図は圧力センサの
温度時５１ 第１図 性の説明図である。 （１）・・・基台、（２）・・・感圧容量電極、（３）
・・・基準容ｆ！に電ｉ、＋４）・・・ダイアプラム、
（５）・・・共通電極、（７）・・・ガラス層、αＯ・
・・圧力カプセル、Ｈ・・・回路部代理人 森本義弘 １１１１ α饋 第３図 第５図 第６図 第７図
、い）は断面図、（Ｂ）は平面図、第２図は本発明の一
実施例における検出回路の回路構成図、第８図は第２図
に示す検出回路の各部の波形図、第４図は圧力カプセル
の電気的等価回路図、第５図は本発明の一実施例におけ
゛・る圧力センサの分解斜視図、第６図は同断面Ｎ１第
７図は圧力カプセルの容量比の説明図、第８図は圧力カ
プセルの容′Ｍ斐化率の説明図、第９図は圧力センサの
温度時５１ 第１図 性の説明図である。 （１）・・・基台、（２）・・・感圧容量電極、（３）
・・・基準容ｆ！に電ｉ、＋４）・・・ダイアプラム、
（５）・・・共通電極、（７）・・・ガラス層、αＯ・
・・圧力カプセル、Ｈ・・・回路部代理人 森本義弘 １１１１ α饋 第３図 第５図 第６図 第７図
Claims (1)
- １、 アルミナ焼結体から成る基台と、アルミナ焼結薄
靭から成り前記基台に所定間隔をあけて対向するダイア
フラムと、こｎら基台とダイアフラムとをそれらの外周
部にて互いに結合するガラス層とを設け、前記基台の前
記ダイアフラムとの対向面上には、この対向面の中心部
に感圧容量電極を形成すると共に、この感圧容量電極と
前記ガラス層との中間位置に基準容量電極を形成し、前
記ダイアフラムの前記基台との対向面には、前記感圧容
量電極及び基準容量電極に対向する共通電極を形成し、
前記ダイアフラムに加わる圧力によって変化する感圧容
量と基準容量との比を電気的に計測する検出回路を設け
、前記基台上の前記基準容量電極の外周とガラス層の内
周との距離をガラス層の内径の４〜１５チの範囲に設定
した静電容量型圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8208582A JPS58198739A (ja) | 1982-05-14 | 1982-05-14 | 静電容量型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8208582A JPS58198739A (ja) | 1982-05-14 | 1982-05-14 | 静電容量型圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58198739A true JPS58198739A (ja) | 1983-11-18 |
Family
ID=13764601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8208582A Pending JPS58198739A (ja) | 1982-05-14 | 1982-05-14 | 静電容量型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58198739A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62267636A (ja) * | 1986-05-05 | 1987-11-20 | テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド | センサ |
| JPS6319527A (ja) * | 1986-05-05 | 1988-01-27 | テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド | 容量性圧力トランスジュ−サを備えた圧力センサ |
| JPS63308529A (ja) * | 1987-05-08 | 1988-12-15 | バイサラ・オーワイ | 容量性圧力変換器 |
| JPH0187230U (ja) * | 1987-11-30 | 1989-06-08 | ||
| JPH0267926A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 重量検出装置 |
| JPH0267939A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧力検出装置 |
| JPH0267925A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 重量検出装置 |
| EP0419219A2 (en) * | 1989-09-18 | 1991-03-27 | Texas Instruments Incorporated | An improved pressure transducer and a method of making the pressure transducer |
| WO1999046570A1 (fr) * | 1998-03-12 | 1999-09-16 | Yamatake Corporation | Capteur et son procede de production |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56148028A (en) * | 1980-04-16 | 1981-11-17 | Bendix Corp | Method of vacuum sealing capacity type pressure capsule |
-
1982
- 1982-05-14 JP JP8208582A patent/JPS58198739A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56148028A (en) * | 1980-04-16 | 1981-11-17 | Bendix Corp | Method of vacuum sealing capacity type pressure capsule |
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| WO1999046570A1 (fr) * | 1998-03-12 | 1999-09-16 | Yamatake Corporation | Capteur et son procede de production |
| EP0982576A1 (en) * | 1998-03-12 | 2000-03-01 | Yamatake Corporation | Sensor and method of producing the same |
| US6382030B1 (en) | 1998-03-12 | 2002-05-07 | Yamatake Corporation | Sensor and method of producing the same |
| EP0982576A4 (en) * | 1998-03-12 | 2007-07-18 | Yamatake Corp | SENSOR AND METHOD FOR PRODUCING SAME |
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