JPS59228141A - 真空計 - Google Patents

真空計

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Publication number
JPS59228141A
JPS59228141A JP10263483A JP10263483A JPS59228141A JP S59228141 A JPS59228141 A JP S59228141A JP 10263483 A JP10263483 A JP 10263483A JP 10263483 A JP10263483 A JP 10263483A JP S59228141 A JPS59228141 A JP S59228141A
Authority
JP
Japan
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diaphragm
pressure
strain
thick
pressure sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP10263483A
Other languages
English (en)
Inventor
Michitaka Shimazoe
島添 道隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS59228141A publication Critical patent/JPS59228141A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0054Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は真空計に係シ、特に半導体ダイアフラム膨圧カ
センサの片側に基準圧力室を有する真空計に関するもの
である。
〔発明の背景〕
従来の半導体ダイアフラム膨圧カセンサの片側に基準圧
力室を有する絶対正形圧力計は、大気圧測定など5 Q
 torr(50m++HgabS)以上の圧力を測定
するのに有効であるが、0〜1Qtorr(測定範囲)
以下の圧力を測定するためにはダイアフラムの厚さを薄
くしなければならないが、このようにすると、バルーン
効果と呼ばれる大きなたわみ現象が起こり、直線性が悪
くなるという問題があった。
まだ、測定圧側を大気開放とすると、測定圧側と真空基
準圧力室側との間にI Kg/ crtlの圧力差が生
ずるため、測定範囲0〜10 torrのもので75倍
以上の過大圧がダイアフラムにががシ、ダイアフラムが
破壊するという問題を生ずる。
さらに、ダイアフラムの片面側をシールダイアスラムで
液封した構造のものは、温度による封入液の膨張のだめ
、温度特性が悪いという欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的と−す
るところは、極低圧測定範囲まで良好な直練性を有し、
かつ、過大圧特性や温度特性に優れた半導体ダイアフラ
ム膨圧カセンサを用いた真空計を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の特徴は、半導体ダイアフラム膨圧カセンサとし
て、外周部に肉厚固定部を有し、中央部に肉厚剛体部を
有し、上記肉厚固定部と肉厚剛体部との間に起歪部を設
けてあシ、この起歪部は、ゲージ抵抗を有する起歪はシ
とこの起歪はシより薄く加工した隔膜部とよシなる構成
のものを用いた点にある。
〔発明の実施例〕
以下本発明を第1図、第2図、第4図〜第6図に示した
実施例および第3図を用いて詳細に説明する。
第1図は本発明の真空計の一実施例を示す縦断面図であ
る。第1図において、1は半導体ダイアフラム膨圧カセ
ンサ(測定ダイアフラム)で、これと固定台2とは真空
中で接合してあり、両者間に真空基準圧力室3を形成し
ている。測定圧力はシールダイアフラム4に加わり、半
導体ダイアフラム膨圧カセンサ1とシールダイアフラム
4との間に封入した封入液5を介して半導体ダイアフラ
ム膨圧カセンサ1の表側に作用する。6はカバーフラン
ジで、7はこのフランジ6に設けた測定圧力導入口であ
る。
第2図は第1図の半導体ダイアフラム膨圧カセンサ1の
一実施例を示す構造図で、第2図(a)は平面図、同図
(b)は第2図(a)のXOY断面図である。
半導体ダイアフラム膨圧カセンサ1は、シリコンダイア
フラムより構成してあり、外周部は肉厚固定部11とな
っておシ、中央部は肉厚剛体部12となっており、肉厚
固定部11と肉厚剛体部12との間に起歪部が形成して
おり、との起歪部は、対称の位置がそれぞれ起歪はり1
3となっており、この2つの起歪はり13の間はそれよ
り肉薄の隔膜部14となっている。2つの起歪はり13
のうち一方の起歪はり13の外側起歪端近傍および内側
起歪端近傍にはそれぞれ起歪はり13の方向と平行方向
に2本ずつのP形拡散抵抗が形成してあり、これらのP
形拡散抵抗は、起歪はり13上に配置形成された抵抗値
の主成分となる第1の拡散層15とこの拡散層15よシ
ネ細物濃度の高い第2の拡散N416とよシなり、これ
らでそれぞれゲージ抵抗を構成している。第2の拡散層
16の端部は、周辺の固定部11まで直接か、剛体部1
2と他方の起歪は、913上を通って伸びている配線用
のアルミニウム電極17にそれぞれコンタクトしている
上記した第2図に示す実施例では、半導体ダイアフジ人
形圧力センサ1のシリコンダイアフラム基板はM形単結
晶よシなり、ゲージ抵抗を構成する第1の拡散層15は
P形の2 X 10” /cm3程度の不純物を有し、
第2の拡散層16はP形の2×10I9/crn3程度
の不純物を有する。このため、抵抗温度係数は、第1の
拡散層15は24チ/1oot、第2の拡散層16は1
2%/100tl:’程度となっている。そして、4本
のゲージ抵抗でブリッジ回路を組んだとき、各ゲージ抵
抗の抵抗値は室温で同じになるようにしであるが、圧力
を加えると抵抗値が増加する外側のゲージ抵抗は、圧力
を加えると抵抗値が減少する内側のゲージ抵抗よりも、
全体の抵抗値にしめる第2の拡散層16の割合を大きく
しである。
このような構成の半導体ダイアフラム膨圧カセンサ1の
肉厚固定部11を第1図に示すように固定台2に接合し
、圧力Pを印加すると、起歪はり13がたわむ。このと
き、隔膜部14は単なる気密膜として働き、受圧面積(
起歪部の外径を直径とする円の面積)S×圧力Pの力の
大半が細い起歪はυ13に作用する。したがって、起歪
はり13は非常に効率よく歪を発生する。このため、極
低圧(真空)用とする場合でも、起歪はり13の肉厚を
むやみに薄くする必要はなく、起歪はり13には圧力に
よく比例した歪が発生する。そして、ゲージ抵抗は、と
の起歪はpla上に形成しであるので、圧力−出力の関
係が十分比例関係となる極低圧用半導体ダイアフラム形
圧力七ンサ1とすることができる。
また、第2図に示す半導体ダイアフラム形圧力センサ1
に過大圧が作用した場合、第3図に示すように、肉厚剛
体部12の変位は起歪はシ13の変位によって規制−さ
れる。そして、隔膜部14はこの変位量では小さなひず
みしか発生せず、このため、半導体ダイアフラム形圧力
七ンサ1は極めて高い耐圧を有する。
この結果、半導体ダイアフラム形圧力七ンサ1は、測定
範囲θ〜1wnHgのもので2KP / caと100
0倍以上の過大圧を加えてもそれに十分耐えることがで
きる。
ここに、第2図に示した実施例の半導体ダイアフラム膨
圧カセンサ1を用いた第1図に示す真空計は、測定範囲
が0”1torrと低いものもでき、しかも、圧力−出
力の直線性に優れている。また、このように低い測定範
囲になるように加工した半導体ダイアフラム膨圧カセン
サ1でもI Kg / crA以上の耐圧性を有するた
め、測定圧側を大気開放しても、半導体ダイア72人形
圧力七ンサlが破壊することがない。
ところで、第1図に示す真空計は、腐食性気体でも測定
できるように、測定流体はステンレスのシールダイアフ
ラム4で受け、封入液5を介して半導体ダイアフラム膨
圧カセンサ1に圧力を伝達する構成としである。このた
め、周囲温度が上昇すると、封入液5であるシリコンオ
イルの体積が膨張する。このとき、半導体ダイアフラム
膨圧力センサ1はほとんど変位しないので、この膨張し
た液量はシールダイアフラム4が外側へ変位することに
よって吸収される。そのだめ、シールダイアフラム4に
はその剛性に比例した反力が働き、半導体ダイアフラム
膨圧カセンサll1−iあたかも測定流体側から圧力が
かかったようにたわみ、電気出力が発生する。ちなみに
、シールダイアフラム4として体積圧力係数P v t
が40ami−1zO/cm3のものを使用し、封入液
5の常温における液量が3ccであるとすると、100
t:’の温度上昇により液量が9.3cc増加するため
、半導体ダイアフラム膨圧カセンサ1は12 mmHz
 O%すなわち、約1 torrの圧力を受ける。この
片側液封により発生する温度影響は、測定範囲1〜l 
torrO場合、100%/104)Cとなる。
そこで、本発明においては、半導体ダイアフラム形圧力
七ンサ1にあらかじめ負の温度係数を持たせ、片側液封
による正の温度影響を補償するようにしである。すなわ
ち、圧力を加えると抵抗値が増加する外側のゲージ抵抗
は、抵抗値が減少する内側のゲージ抵抗よりも抵抗温度
係数を小さくしてあり、このため、半導体ダイアフラム
形圧力センサl自体では、温度が上昇すると負の出力が
発生する。−例として、第2図において、ゲージ抵抗を
抵抗温度係数が24%/100cの第1の拡散層15と
12%/100t:’の第2の拡散層16より構成し、
その配分を外側のゲージ抵抗では4にΩと0.5にΩ、
内側のゲージ抵抗では4.3にΩと0.2 Kgとしで
ある。これらのゲージ抵抗でホイーストンブリッジを構
成し、1mAの定電流で励起すると、圧力を加えないと
きの出力は、常温では零であるが、100C温度上昇す
ると、−18m V 71 m Aとなる。
第1図に示す片側液封形真空計において、1torr 
(D圧力印加時の出力が18tnV/1mAであれば、
このような抵抗配分比のゲージ抵抗を持つ半導体ダイア
フラム膨圧カセンサ1を使用することにヨシ、その零点
温度影響をほとんど零近くにできる。
上記した実施例の本発明に係る真空計によれば、極低圧
測定範囲まで良好な直線性を有するものとすることがで
き、また、過大圧を加えても半導体ダイアフ長人形圧力
七ンサlが破壊することがなく、0〜1 torr と
低い測定範囲の真空計を容易に製作することができる。
さらに、片側液封形としても温度特性に優れたものとす
ることができる。
第4図は本発明の他の実施例を示す要部縦断面図である
。第4図においては、測定圧側を大気開放すると、半導
体ダイアフラム形圧力七ンサ1の中央肉厚剛体部12が
固定台2に着座するようにしである。このようにすると
、半導体ダイアフラム形圧力七ンサ1を過大圧に対して
さらに強くすることができ、測定圧側から10 Kg 
/ crtiの圧力を加えても破壊しないようにするこ
とができる。
第5図は本発明のさらに他の実施例を示す縦断面図であ
る。第5図においては、真空基準圧力室3を半導体ダイ
アフラム膨圧カセンサ1の上部に設けてあり、測定圧を
圧力導入ロアから固定台2に設けた穴8を通して半導体
ダイアフラム形圧力センサ1の下面に直接加えるように
しである。本発明に係る真空計においては、半導体ダイ
アフラム膨圧カセンサ1が過大圧特性に優れているので
、第5図に示す構成としても0〜l torrの低測定
範囲の真空計を製作することができる。ただし、このよ
うに半導体ダイアフラム膨圧カセンサ1に直接測定圧を
導入する構成とする場合は、ブリッジを構成するゲージ
抵抗はすべて同じ温度係数のものとする。
第6図は本発明のさらに他の実施例を示す要部縦1面図
で、第6図においては、半導体ダイアフラム形圧力七ン
サ1の上部に真空基準圧力室3を設けであることは第5
図と同様であるが、真空基準圧力室3は、半導体ダイア
フラム形圧力七ンサ1のゲージ抵抗面側に直接接着した
カバ一部材9との間に設け、測定圧側を大気開放したと
きに、半導体ダイアフラム形圧力七ンサ1の中央肉厚剛
体部12がカバ一部材9に着座するようにしである。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、極低圧測定範囲
まで良好な直線性を有するものとすることができ、かつ
、過大圧特性や温度特性に優れたものとすることができ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の真空計の一実施例を示す縦断面図、第
2図は第1図の半導体ダイアフラム膨圧カセンサの一実
施例を示す構造図、第3図は第1図の半導体ダイアフラ
ム膨圧カセンサに過大圧を加えたときのたわみ状態を示
す図、第4図〜第6図はそれぞれ本発明の他の実施例を
示す縦断面図である。 1・・・半導体ダイアフラム膨圧カセンサ、2・・・固
定台、3・・・真空基準圧力室、4・・・シールダイア
フラム、5・・・封入液、6・・・カバー7ランジ、7
・・・測定圧力導入口、9・・・カバ一部材、11・・
・肉厚固定部、12・・・肉厚剛体部、13川起歪はシ
、14・・・隔膜部、15・・・第1の拡散層、16・
・・第2の拡散層、17・・・アルミニウム電極。 代理人 弁理士 高橋明夫

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、圧力によシひずみを発生させる測定ダイアフラムと
    、該測定ダイアクラムの一方の主面側に設けた真空基準
    圧力室と、前記測定ダイアフラムの他方の主面側に測定
    圧力を加える加圧手段とよシなる真空計において、前記
    測定ダイアフラムが外周部に肉厚固定部を有し、中央部
    に肉厚剛体部を有し、前記固定部と剛体部との間に起歪
    部が設けてあり、該起歪部はゲージ抵抗を有する起歪は
    シと該起歪はシよシ薄く加工した隔喚部とよりなる構成
    としておることを特徴とする真空計。
JP10263483A 1983-06-10 1983-06-10 真空計 Pending JPS59228141A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10263483A JPS59228141A (ja) 1983-06-10 1983-06-10 真空計

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10263483A JPS59228141A (ja) 1983-06-10 1983-06-10 真空計

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JPS59228141A true JPS59228141A (ja) 1984-12-21

Family

ID=14332664

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JP10263483A Pending JPS59228141A (ja) 1983-06-10 1983-06-10 真空計

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JP (1) JPS59228141A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008107427A1 (de) * 2007-03-05 2008-09-12 Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg Drucksensor
JP2017187368A (ja) * 2016-04-05 2017-10-12 日本電産コパル電子株式会社 荷重センサ

Cited By (3)

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WO2008107427A1 (de) * 2007-03-05 2008-09-12 Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg Drucksensor
US8384170B2 (en) 2007-03-05 2013-02-26 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Pressure sensor
JP2017187368A (ja) * 2016-04-05 2017-10-12 日本電産コパル電子株式会社 荷重センサ

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