JPS6016756B2 - ストレ−ンゲ−ジ式圧力測定変換器 - Google Patents
ストレ−ンゲ−ジ式圧力測定変換器Info
- Publication number
- JPS6016756B2 JPS6016756B2 JP626780A JP626780A JPS6016756B2 JP S6016756 B2 JPS6016756 B2 JP S6016756B2 JP 626780 A JP626780 A JP 626780A JP 626780 A JP626780 A JP 626780A JP S6016756 B2 JPS6016756 B2 JP S6016756B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measuring
- diaphragm
- strain gauge
- measuring diaphragm
- elliptical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- 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
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、特に半導体材料から成る測定ダイアフラムと
、その上に設けられたストレンゲージ・ブリッジ回路と
を有する圧力測定変換器に関する。
、その上に設けられたストレンゲージ・ブリッジ回路と
を有する圧力測定変換器に関する。
このような圧力測定変換器では、測定圧力の作用下に測
定ダイアフラムが偏位する際に生じ半径方向および接線
方向成分を有する機械的応力が、適当に配置され１つの
測定ブリッジに接続されたストレングージにより、測定
圧力に比例した電気的信号に変換される。
定ダイアフラムが偏位する際に生じ半径方向および接線
方向成分を有する機械的応力が、適当に配置され１つの
測定ブリッジに接続されたストレングージにより、測定
圧力に比例した電気的信号に変換される。
圧力測定変換器用の測定ダイアフラムは公知のように半
導体材料により非常に小形に製作可能であり（たとえば
ドイツ連邦共和国特許第１２１４４３５号明細書を参照
）、その際ストレンゲージはピェゾ抵抗効果を呈する導
体帯としてマスクを用いてダイアフラム表面内にドーピ
ングにより形成され、またはダイアフラム表面上に蒸着
により形成される。
導体材料により非常に小形に製作可能であり（たとえば
ドイツ連邦共和国特許第１２１４４３５号明細書を参照
）、その際ストレンゲージはピェゾ抵抗効果を呈する導
体帯としてマスクを用いてダイアフラム表面内にドーピ
ングにより形成され、またはダイアフラム表面上に蒸着
により形成される。
できるかぎり広範囲の圧力を測定するため、同一形式で
はあるが測定値検出器、いまの場合は測定ダイアフラム
、の感度が異なる一連の圧力測定装置を用意するのが通
常である。
はあるが測定値検出器、いまの場合は測定ダイアフラム
、の感度が異なる一連の圧力測定装置を用意するのが通
常である。
圧力感度は測定ダイアフラムの弾性定数の変更、具体的
には測定ダイアフラムの直径および（あるいは）厚みの
変更により設定することができる。
には測定ダイアフラムの直径および（あるいは）厚みの
変更により設定することができる。
技術的な理由から好んで用いられる円形の半導体ダイア
フラムでは、その厚みの変更により約１：１００の測定
範囲の圧力を測定することができる。ダイアフラムの直
径を変更すると、通常ストレンゲージ・ブリッジ回路の
配置および（あるいは）寸法も変更せざるを得ない。本
発明の目的は、種類の少ない測定装置を用いて、その構
造をごくわずかに変更するだけで、できるかぎり広い測
定範囲をカバーし得るようにすることである。
フラムでは、その厚みの変更により約１：１００の測定
範囲の圧力を測定することができる。ダイアフラムの直
径を変更すると、通常ストレンゲージ・ブリッジ回路の
配置および（あるいは）寸法も変更せざるを得ない。本
発明の目的は、種類の少ない測定装置を用いて、その構
造をごくわずかに変更するだけで、できるかぎり広い測
定範囲をカバーし得るようにすることである。
この目的は、本発明によれば、冒頭に記載した種類の圧
力測定変換器において、測定ダイアフラムを楕円形とし
、またストレンゲージを楕円の長主軸および（あるいは
）短主軸に対して平行に配置することにより達成される
。
力測定変換器において、測定ダイアフラムを楕円形とし
、またストレンゲージを楕円の長主軸および（あるいは
）短主軸に対して平行に配置することにより達成される
。
好ましい実施例では、ストレンゲージ・ブリッジ抵抗が
、主軸の１つに対して対称かつ平行に配置されピェゾ抵
抗効果を呈する導体帯から形成されており、これらの導
体帯の最大直線長さは高圧測定用としては楕円の長主軸
の長さに、また低圧測定用としては他の楕円の短主軸の
長さに等しく選定されている。
、主軸の１つに対して対称かつ平行に配置されピェゾ抵
抗効果を呈する導体帯から形成されており、これらの導
体帯の最大直線長さは高圧測定用としては楕円の長主軸
の長さに、また低圧測定用としては他の楕円の短主軸の
長さに等しく選定されている。
これらの２つの場合に、大きいほうの楕円形ダイアフラ
ムの短主軸の長さを小さいほうの楕円形ダイアフラムの
長主軸の長さに等しく選定すれば、ストレンゲージ・ブ
リッジ抵抗の配置、寸法および構成は同一にとどめるこ
とができる。変更を必要とするのは、公知の除去技術の
１つたとえばエッチングによりモノリシツク半導体のダ
イアフラム要素を製作する際にダイアフラムの形状を定
めるマスクのみである。この製作方法では容易に実現し
得るダイアフラムの厚みの変更も行なえば、数種類のわ
ずかに寸法的に異なるダイアフラムを用い、それ以外の
測定変換器の電気的部分を同一の構成のままで、１０‐
２ないし１ぴｂａｒの範囲の圧力を測定することができ
る。以下、図面により文発明の実施例を説明する。第１
図でＮ形伝導形シリコンから成るモノリシックなダイア
フラム保持要素１に図面では下側（第２図参照）から材
料の厚みの一部を除去することにより楕円形の測定ダイ
アフラム２が形成されており、その輪郭３は破線で示さ
れている。楕円の短主軸と長主軸との比はたとえば１：
２である。こうして形成された測定ダイアフラム２の表
面内に、ピェゾ抵抗効果を呈する導体帯４が楕円形測定
ダイアフラム２の短主軸に対して平行かつ鏡像的にドー
ピングにより形成され、各端部で弧状の様片５を介して
援競されている。
ムの短主軸の長さを小さいほうの楕円形ダイアフラムの
長主軸の長さに等しく選定すれば、ストレンゲージ・ブ
リッジ抵抗の配置、寸法および構成は同一にとどめるこ
とができる。変更を必要とするのは、公知の除去技術の
１つたとえばエッチングによりモノリシツク半導体のダ
イアフラム要素を製作する際にダイアフラムの形状を定
めるマスクのみである。この製作方法では容易に実現し
得るダイアフラムの厚みの変更も行なえば、数種類のわ
ずかに寸法的に異なるダイアフラムを用い、それ以外の
測定変換器の電気的部分を同一の構成のままで、１０‐
２ないし１ぴｂａｒの範囲の圧力を測定することができ
る。以下、図面により文発明の実施例を説明する。第１
図でＮ形伝導形シリコンから成るモノリシックなダイア
フラム保持要素１に図面では下側（第２図参照）から材
料の厚みの一部を除去することにより楕円形の測定ダイ
アフラム２が形成されており、その輪郭３は破線で示さ
れている。楕円の短主軸と長主軸との比はたとえば１：
２である。こうして形成された測定ダイアフラム２の表
面内に、ピェゾ抵抗効果を呈する導体帯４が楕円形測定
ダイアフラム２の短主軸に対して平行かつ鏡像的にドー
ピングにより形成され、各端部で弧状の様片５を介して
援競されている。
導体帯４には、偏位する測定ダイアフラムの表面内の半
径方向応力成分がその極性を反転する範囲に位置するよ
うに接続点６が配置されており、それにより境いされる
導体帯４の部分が半径方向応力成分に応答するストレン
ゲージ・ブリッジ回路のブリッジ抵抗ａ，ｂ，ｃおよび
ｄを形成している。接続点６から、導電性の良い材料か
ら成る接続帯７が端子面８に通じており、これらの端子
面に可榛・性の接続線を敬付けることができる。このよ
うに１つの主軸に沿ってストレンゲージを１次元に配置
することは、必要な圧力感度に応じてブリッジ回路を変
更しないでよい。またはわずかに変更するだけでよい点
で特に本発明の目的にかなっている。他の圧力感度は、
第３図に示されているように、測定ダイアフラム保持要
素１とその１つの面上に設けるストレンゲージ・ブリッ
ジ回路とは同一の寸法に保つたままで、楕円形測定ダイ
アフラム２のみを、その長主軸がピェゾ抵抗効果を呈す
る導体帯４の間に延びかつ導体帯４の長さと一致した長
さを有するように変更することにより簡単に得ることが
できる第２図には第１図の線Ａ−Ａによる断面と同時に
第３図の線Ａ−Ａ′による断面が示されている。
径方向応力成分がその極性を反転する範囲に位置するよ
うに接続点６が配置されており、それにより境いされる
導体帯４の部分が半径方向応力成分に応答するストレン
ゲージ・ブリッジ回路のブリッジ抵抗ａ，ｂ，ｃおよび
ｄを形成している。接続点６から、導電性の良い材料か
ら成る接続帯７が端子面８に通じており、これらの端子
面に可榛・性の接続線を敬付けることができる。このよ
うに１つの主軸に沿ってストレンゲージを１次元に配置
することは、必要な圧力感度に応じてブリッジ回路を変
更しないでよい。またはわずかに変更するだけでよい点
で特に本発明の目的にかなっている。他の圧力感度は、
第３図に示されているように、測定ダイアフラム保持要
素１とその１つの面上に設けるストレンゲージ・ブリッ
ジ回路とは同一の寸法に保つたままで、楕円形測定ダイ
アフラム２のみを、その長主軸がピェゾ抵抗効果を呈す
る導体帯４の間に延びかつ導体帯４の長さと一致した長
さを有するように変更することにより簡単に得ることが
できる第２図には第１図の線Ａ−Ａによる断面と同時に
第３図の線Ａ−Ａ′による断面が示されている。
測定ダイアフラム保持要素１はモノリシツクなシリコン
基板であり、その凹部９は測定ダイアフラムを形成する
ために除去された部分である。測定ダイアフラム２の厚
みは５ないし１００仏ｍであってよい。凹部９と反対側
のダイアフラム保持要素１の面に測定ダイアフラム２の
範囲には、その表面内にドーピングによりピェゾ抵抗効
果を塁する導体帯４が形成されている。測定ダイアフラ
ム２を、それ自体は公３句のように、楕円の特殊な場合
として円形に構成すれば、測定ダイアフラム保持要素お
よびストレンゲージ・ブリッジ回路は同一に保って、円
形測定ダイアフラムの測定範囲を楕円形測定ダイアフラ
ムの使用により高圧側にも低圧側にも著しく拡大するこ
とができる。
基板であり、その凹部９は測定ダイアフラムを形成する
ために除去された部分である。測定ダイアフラム２の厚
みは５ないし１００仏ｍであってよい。凹部９と反対側
のダイアフラム保持要素１の面に測定ダイアフラム２の
範囲には、その表面内にドーピングによりピェゾ抵抗効
果を塁する導体帯４が形成されている。測定ダイアフラ
ム２を、それ自体は公３句のように、楕円の特殊な場合
として円形に構成すれば、測定ダイアフラム保持要素お
よびストレンゲージ・ブリッジ回路は同一に保って、円
形測定ダイアフラムの測定範囲を楕円形測定ダイアフラ
ムの使用により高圧側にも低圧側にも著しく拡大するこ
とができる。
すなわち、第４図に示されているように、同一の測定ダ
イアフラム保持要素と同一のストレンゲージ・ブリッジ
回路とを有し、またブリッジ抵抗の厚みも同一に保って
、測定ダイアフラムの形状のみを変更することにより、
１つの系列を成す同一構成の測定変換器を用いて実際に
たとえば０．１ないしｌｏｂａｒの測定範囲を得ること
ができる。
イアフラム保持要素と同一のストレンゲージ・ブリッジ
回路とを有し、またブリッジ抵抗の厚みも同一に保って
、測定ダイアフラムの形状のみを変更することにより、
１つの系列を成す同一構成の測定変換器を用いて実際に
たとえば０．１ないしｌｏｂａｒの測定範囲を得ること
ができる。
円形の測定ダイアフラムの測定範囲に続く高圧側の測定
範囲に対しては、楕円形の測定ダイアフラムとその長主
軸に対して平行に配置されたストレンゲージとを有する
圧力測定変換器を使用することができる。同様に低圧側
の測定範囲に対しては、楕円形の測定ダイアフラムとそ
の短主軸に対して平行に配置されたストレンゲージとを
有する圧力測定変換器を使用することができる。つまり
、第５図に示すように、測定ダイアフラム保持要素１に
、低差圧用の大橋円形測定ダイアフラム２１、中差圧用
の円形測定ダイアフラム２２、高差圧用の小橋円形測定
ダイアフラム２３を製作する場合でも、導体帯４の最大
直線長さを槍円形測定ダイアフラム２１，２２，２３の
主軸の長さ（つまり、大橋円形測定ダイアフラム２１の
短主軸の長さ、小楕円形測定ダイアフラム２３の長主軸
の長さ、および円形測定ダイアフラム２２の直径の長さ
）にほぼ一致させるという思想に基づく際には、製作上
はダイアフラム部の凹部９を加工する工程が変わるだけ
で、導体帯４およびその他については全く同一の工程で
製作可能であるという利点が奏される。
範囲に対しては、楕円形の測定ダイアフラムとその長主
軸に対して平行に配置されたストレンゲージとを有する
圧力測定変換器を使用することができる。同様に低圧側
の測定範囲に対しては、楕円形の測定ダイアフラムとそ
の短主軸に対して平行に配置されたストレンゲージとを
有する圧力測定変換器を使用することができる。つまり
、第５図に示すように、測定ダイアフラム保持要素１に
、低差圧用の大橋円形測定ダイアフラム２１、中差圧用
の円形測定ダイアフラム２２、高差圧用の小橋円形測定
ダイアフラム２３を製作する場合でも、導体帯４の最大
直線長さを槍円形測定ダイアフラム２１，２２，２３の
主軸の長さ（つまり、大橋円形測定ダイアフラム２１の
短主軸の長さ、小楕円形測定ダイアフラム２３の長主軸
の長さ、および円形測定ダイアフラム２２の直径の長さ
）にほぼ一致させるという思想に基づく際には、製作上
はダイアフラム部の凹部９を加工する工程が変わるだけ
で、導体帯４およびその他については全く同一の工程で
製作可能であるという利点が奏される。
測定ダイアフラムの形状以外は同一構成の圧力測定変換
器において、測定ダイアフラムの形状のほかにその厚み
をも変更すれば、測定範囲をさらに高圧側および低圧側
に少なくとも１けただけ拡大することができる。
器において、測定ダイアフラムの形状のほかにその厚み
をも変更すれば、測定範囲をさらに高圧側および低圧側
に少なくとも１けただけ拡大することができる。
第１図は比較的低圧用、第３図は比較的高圧用の本発明
による圧力測定変換器のダイアフラムの平面図、第２図
は第１図および第３図の線Ａ−Ａ′による断面図、第４
図は低圧、中圧および高圧用の圧力測定変換器における
測定ダイアフラムの形状を示す説明図、第５図は本発明
の効果について説明するための説明図である。 １・・…・測定ダイアフラム保持要素、２・・・・・・
測定ダイアフラム、３・・・・・・輪郭、４・・・・・
・導体帯（ストレンゲージ）、５……端片、６…・・・
接続点、７…・・・接続帯、８・・・・・・端子面、９
・・・・・・凹部トａ〜ｄ・・・・・・ブリッジ抵抗。 ＦＩＧＩＦｍＧ２ ＦＩＧ３ ＦＩＧム Ｆ′ＧＪ
による圧力測定変換器のダイアフラムの平面図、第２図
は第１図および第３図の線Ａ−Ａ′による断面図、第４
図は低圧、中圧および高圧用の圧力測定変換器における
測定ダイアフラムの形状を示す説明図、第５図は本発明
の効果について説明するための説明図である。 １・・…・測定ダイアフラム保持要素、２・・・・・・
測定ダイアフラム、３・・・・・・輪郭、４・・・・・
・導体帯（ストレンゲージ）、５……端片、６…・・・
接続点、７…・・・接続帯、８・・・・・・端子面、９
・・・・・・凹部トａ〜ｄ・・・・・・ブリッジ抵抗。 ＦＩＧＩＦｍＧ２ ＦＩＧ３ ＦＩＧム Ｆ′ＧＪ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体材料から成る測定ダイアフラム保持要素１に
その厚みの一部を除去して凹部９を設けることにより形
成された測定ダイアフラム２と、これに設けられたスト
レンゲージ・ブリツジ回路とを有する圧力測定変換器に
おいて、前記測定ダイアフラム２が楕円形であり、この
楕円形測定ダイアフラムの主軸の１つに対して対称かつ
平行にピエゾ抵抗効果を呈する導体帯４が配置され、各
端部で弧状の端片５を介して接続されて１つのストレン
ゲージ・ブリツジ回路のブリツジ抵抗ａ，ｂ，ｃ，ｄを
形成し、そして、前記導体帯４の最大直線長さが前記楕
円形測定ダイアフラムの主軸の長さにほぼ一致している
ことを特徴とするストレンゲージ式圧力測定変換器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の圧力測定変換器におい
て、前記楕円形測定ダイアフラムの主軸は長主軸であり
、従つて前記導体帯４の最大直線長さは前記楕円形測定
ダイアフラムの長主軸の長さにほぼ一致していることを
特徴とするストレンゲージ式圧力測定変換器。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の圧力測定変換器におい
て、前記楕円形測定ダイアフラムの主軸は短主軸であり
、従つて前記導体帯４の最大直線長さは前記楕円形測定
ダイアフラムの短主軸の長さにほぼ一致していることを
特徴とするストレンゲージ式圧力測定変換器。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の圧力測定変換器におい
て、前記測定ダイアフラムの楕円は円形であり、従つて
前記導体帯４の最大直線長さはその円形測定ダイアフラ
ムの直径の長さにほぼ一致していることを特徴とするス
トレンゲージ式圧力測定変換器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19792903253 DE2903253C2 (de) | 1979-01-29 | 1979-01-29 | Druck-Meßumformer mit einer Meßmembran, vorzugsweise aus Halbleiterwerkstoff, und einer darauf angebrachten Dehnungsmeßstreifen-Brückenschaltung |
| DE2903253.9 | 1979-01-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55101837A JPS55101837A (en) | 1980-08-04 |
| JPS6016756B2 true JPS6016756B2 (ja) | 1985-04-27 |
Family
ID=6061605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP626780A Expired JPS6016756B2 (ja) | 1979-01-29 | 1980-01-22 | ストレ−ンゲ−ジ式圧力測定変換器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6016756B2 (ja) |
| DE (1) | DE2903253C2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0585635B2 (ja) * | 1985-04-19 | 1993-12-08 | Hitachi Koki Kk |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2496261A1 (fr) * | 1980-12-12 | 1982-06-18 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de mesure de pressions en atmosphere agressive |
| JPS59186376A (ja) * | 1983-04-06 | 1984-10-23 | Hitachi Ltd | 圧力センサ |
| DE8525588U1 (de) * | 1985-09-07 | 1987-01-08 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Drucksensor |
| JP2638824B2 (ja) * | 1987-08-05 | 1997-08-06 | 株式会社デンソー | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
| JP2615887B2 (ja) * | 1988-07-29 | 1997-06-04 | 株式会社デンソー | 半導体圧力センサ |
| DE3921050A1 (de) * | 1989-06-27 | 1991-01-10 | Fraunhofer Ges Forschung | Plattenfoermiger drucksensor |
| DE19914728B4 (de) * | 1998-12-03 | 2004-10-21 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Sensoranordnung und Verfahren zur Herstellung |
-
1979
- 1979-01-29 DE DE19792903253 patent/DE2903253C2/de not_active Expired
-
1980
- 1980-01-22 JP JP626780A patent/JPS6016756B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0585635B2 (ja) * | 1985-04-19 | 1993-12-08 | Hitachi Koki Kk |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2903253C2 (de) | 1981-02-05 |
| DE2903253B1 (de) | 1980-05-22 |
| JPS55101837A (en) | 1980-08-04 |
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