JPS6222090B2 - - Google Patents
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- JPS6222090B2 JPS6222090B2 JP53122576A JP12257678A JPS6222090B2 JP S6222090 B2 JPS6222090 B2 JP S6222090B2 JP 53122576 A JP53122576 A JP 53122576A JP 12257678 A JP12257678 A JP 12257678A JP S6222090 B2 JPS6222090 B2 JP S6222090B2
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- JP
- Japan
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- atmosphere
- seal diaphragm
- side seal
- measurement
- semiconductor pressure
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- Expired
Links
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
- G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
- G01L19/0645—Protection against aggressive medium in general using isolation membranes, specially adapted for protection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
- G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
- G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/0007—Fluidic connecting means
- G01L19/0038—Fluidic connecting means being part of the housing
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
この発明は、測定しようとすね圧力を半導体圧
力センサーで検出する半導体圧力伝送器に係り、
特に半導体圧力センサーが破損した場合でも測定
流体が外部に流出するのを防止しうる半導体圧力
伝送器に関する。
力センサーで検出する半導体圧力伝送器に係り、
特に半導体圧力センサーが破損した場合でも測定
流体が外部に流出するのを防止しうる半導体圧力
伝送器に関する。
半導体圧力センサーは、一般にシリコンを基材
とするダイヤフラムに不純物を拡散させて形成し
たものである。そして、この半導体圧力センサー
の一方の面に測定流体の圧力が測定側シールダイ
アフラム、測定側封入液を介して、他方の面に大
気力が大気側シールダイアフラム、大気側封入液
を介して与えられ、測定流体と大気との圧力差が
検出されるわけである。
とするダイヤフラムに不純物を拡散させて形成し
たものである。そして、この半導体圧力センサー
の一方の面に測定流体の圧力が測定側シールダイ
アフラム、測定側封入液を介して、他方の面に大
気力が大気側シールダイアフラム、大気側封入液
を介して与えられ、測定流体と大気との圧力差が
検出されるわけである。
ところで、前記したように、半導体圧力センサ
ーはシリコンより形成されているため、その機械
的強度は必ずしも高くはない。したがつて、測定
側に過負荷状態が発生すると、測定流体の圧力が
半導体圧力センサーの耐圧以上になることがしば
しばあり、半導体圧力センサーを破壊せしめるこ
とになる。一方、測定側封入液および大気側封入
液の量は、周囲温度による影響を少なくするた
め、均等且つ少量にする必要があり、必然的に測
定側シールダイアフラムは半導体圧力センサーに
近接して設けられるのが実情である。
ーはシリコンより形成されているため、その機械
的強度は必ずしも高くはない。したがつて、測定
側に過負荷状態が発生すると、測定流体の圧力が
半導体圧力センサーの耐圧以上になることがしば
しばあり、半導体圧力センサーを破壊せしめるこ
とになる。一方、測定側封入液および大気側封入
液の量は、周囲温度による影響を少なくするた
め、均等且つ少量にする必要があり、必然的に測
定側シールダイアフラムは半導体圧力センサーに
近接して設けられるのが実情である。
このため、半導体圧力センサーが破壊すると、
圧力差によつて測定側封入液および大気側封入液
が共に大気側に移動する。それとともに測定側シ
ールダイアフラムおよび大気側シールダイアフラ
ムも移動するが、測定側シールダイアフラムは破
壊した半導体圧力センサーあるいはその周囲に設
けられているプリント基板に押圧され、測定側シ
ールダイアフラムをも破壊せしめられる。この結
果、ひき続いて大気側シールダイアフラムが破壊
され、測定流体が外部に流出することになる。特
に、測定流体が毒性あるいは腐食性の流体の場
合、非常に大きな問題となる。
圧力差によつて測定側封入液および大気側封入液
が共に大気側に移動する。それとともに測定側シ
ールダイアフラムおよび大気側シールダイアフラ
ムも移動するが、測定側シールダイアフラムは破
壊した半導体圧力センサーあるいはその周囲に設
けられているプリント基板に押圧され、測定側シ
ールダイアフラムをも破壊せしめられる。この結
果、ひき続いて大気側シールダイアフラムが破壊
され、測定流体が外部に流出することになる。特
に、測定流体が毒性あるいは腐食性の流体の場
合、非常に大きな問題となる。
この発明の目的は、半導体圧力センサーが破壊
した場合でも大気側シールダイアフラムが破壊し
ないすなわち、測定流体が外部に流出することの
ない半導体圧力伝送器を提供することにある。
した場合でも大気側シールダイアフラムが破壊し
ないすなわち、測定流体が外部に流出することの
ない半導体圧力伝送器を提供することにある。
この発明では、測定流体の圧力が測定側シール
ダイアフラムと測定側封入液を介してその一方の
面に、大気圧が大気側シールダイアフラムと大気
側封入液を介してその他方の面にそれぞれ加わる
ように半導体圧力センサーをハウジングに取付
け、大気側フランジに大気側シールダイアフラム
の保護を行うリング状の突起部を設け、この突起
部を大気側シールダイアフラムに近接するように
した。
ダイアフラムと測定側封入液を介してその一方の
面に、大気圧が大気側シールダイアフラムと大気
側封入液を介してその他方の面にそれぞれ加わる
ように半導体圧力センサーをハウジングに取付
け、大気側フランジに大気側シールダイアフラム
の保護を行うリング状の突起部を設け、この突起
部を大気側シールダイアフラムに近接するように
した。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
第１図は半導体圧力センサーを有する半導体圧
力伝送器を示す。半導体圧力センサー２０は、そ
の薄肉部に拡散技術によつて形成されたホイート
ストン抵抗ブリツジ２２を有する凹型の単結晶シ
リコンである。半導体圧力センサー２０は、ドー
ナツ状のガラスワツシヤ２４および中空円筒状の
金属の保持金具２６を介してステンレス製の支持
ブロツク２８から圧力測定室１０内に突出するよ
うに設けられる。ガラスワツシヤ２４および保持
金具２６はシリコンの熱膨張係数とほぼ同じ材質
のものが用いられ、かつガラスワツシヤ２４の熱
膨張係数がシリコンのそれに近似している。具体
的には、ガラスワツシヤ２４は硼珪酸塩ガラスで
あり、保持金具２６は鉄−ニツケル、あるいは鉄
−ニツケル−コバルト合金である。半導体圧力セ
ンサー２０とガラスワツシヤ２４、およびガラス
ワツシヤ２４と保持金具２６は陽極結合法によ
り、保持金具２６と支持ブロツク２８はアーク溶
接によりそれぞれ接合される。支持ブロツク２８
にはドーナツ状のセラミツクからなるプリント基
板３０が設けられており、プリント基板３０と半
導体圧力センサー２０はほぼ同一平面になるよう
に構成されている。プリント基板３０は、支持ブ
ロツク２８に同一円周に沿つて中心軸方向に設け
られた複数の透孔３２を通つている導体３４に半
田付けにより保持されている。導体３４は透孔３
２内に設けられたハーメチツクシール３６に支持
されている。プリント基板３０と半導体圧力セン
サー２０のブロツク抵抗２２とは導体３８で接続
され、ハーメチツクシール３６に支持された導体
３４は外部引出し用導体４０に接続されている。
支持ブロツク２８はステンレス製のハウジング４
２に溶接されており、また、ハウジング４２には
測定用シールダイアフラム４４および大気側シー
ルダイアフラム４６が溶接固定されている。測定
側シールダイアフラム４４と半導体圧力センサー
２０の一方の面との間には測定側封入液４８、大
気側シールダイアフラム４６と半導体圧力センサ
ー２０の他方の面との間には大気側封入液５０が
封入保持されている。すなわち、測定側封入液４
８と大気側封入液５０とは半導体圧力センサー２
０によつて分離されている。封入液は非圧縮性の
絶縁流体で、一般にシリコンオイルが用いられ
る。また、測定側封入液４８と大気側封入液５０
の量は、温度変化による影響を少なくするため均
等かつできるだけ少量になるよう配慮されてい
る。
力伝送器を示す。半導体圧力センサー２０は、そ
の薄肉部に拡散技術によつて形成されたホイート
ストン抵抗ブリツジ２２を有する凹型の単結晶シ
リコンである。半導体圧力センサー２０は、ドー
ナツ状のガラスワツシヤ２４および中空円筒状の
金属の保持金具２６を介してステンレス製の支持
ブロツク２８から圧力測定室１０内に突出するよ
うに設けられる。ガラスワツシヤ２４および保持
金具２６はシリコンの熱膨張係数とほぼ同じ材質
のものが用いられ、かつガラスワツシヤ２４の熱
膨張係数がシリコンのそれに近似している。具体
的には、ガラスワツシヤ２４は硼珪酸塩ガラスで
あり、保持金具２６は鉄−ニツケル、あるいは鉄
−ニツケル−コバルト合金である。半導体圧力セ
ンサー２０とガラスワツシヤ２４、およびガラス
ワツシヤ２４と保持金具２６は陽極結合法によ
り、保持金具２６と支持ブロツク２８はアーク溶
接によりそれぞれ接合される。支持ブロツク２８
にはドーナツ状のセラミツクからなるプリント基
板３０が設けられており、プリント基板３０と半
導体圧力センサー２０はほぼ同一平面になるよう
に構成されている。プリント基板３０は、支持ブ
ロツク２８に同一円周に沿つて中心軸方向に設け
られた複数の透孔３２を通つている導体３４に半
田付けにより保持されている。導体３４は透孔３
２内に設けられたハーメチツクシール３６に支持
されている。プリント基板３０と半導体圧力セン
サー２０のブロツク抵抗２２とは導体３８で接続
され、ハーメチツクシール３６に支持された導体
３４は外部引出し用導体４０に接続されている。
支持ブロツク２８はステンレス製のハウジング４
２に溶接されており、また、ハウジング４２には
測定用シールダイアフラム４４および大気側シー
ルダイアフラム４６が溶接固定されている。測定
側シールダイアフラム４４と半導体圧力センサー
２０の一方の面との間には測定側封入液４８、大
気側シールダイアフラム４６と半導体圧力センサ
ー２０の他方の面との間には大気側封入液５０が
封入保持されている。すなわち、測定側封入液４
８と大気側封入液５０とは半導体圧力センサー２
０によつて分離されている。封入液は非圧縮性の
絶縁流体で、一般にシリコンオイルが用いられ
る。また、測定側封入液４８と大気側封入液５０
の量は、温度変化による影響を少なくするため均
等かつできるだけ少量になるよう配慮されてい
る。
ハウジング４２の両側面には、測定側シールダ
イアフラム４４、および大気側シールダイアフラ
ム４６を覆うように測定側フランジ５２および大
気側フランジ５４が、その四隅近くにおいてボル
ト５６とナツト５８で締付固定されている。そし
て、測定側フランジ５２には測定流体を導く導入
通路６０、大気側フランジ５４は大気に連通する
通路６２が設けられている。大気側シールダイア
フラム４６に面する大気側フランジ５４の内壁に
は、大気側シールダイアフラム４６の径より若干
小さい径のリング状の突起部６４が、大気側シー
ルダイアフラム４６に近接する如く形成されてい
る。したがつて、ハウジング４２と大気側フラン
ジ５４と突起部６４の３者間には、突起部６４の
ほぼ全周にわたつてリング状の溝６６が形成され
る。大気側フランジ５４の内壁と大気側シールダ
イアフラム４６間のギヤツプは、大気側シールダ
イアフラム４６が大気側フランジ５４側へたわん
だ時、大気側シールダイアフラム４６のほぼ全面
が突起部６４および大気側フランジ５４に当接す
る距離となつている。この場合、大気側シールダ
イアフラム４６のハウジング４２への溶接部６８
が反転しないため、より高い圧力に対して良好な
シール効果が得られる。
イアフラム４４、および大気側シールダイアフラ
ム４６を覆うように測定側フランジ５２および大
気側フランジ５４が、その四隅近くにおいてボル
ト５６とナツト５８で締付固定されている。そし
て、測定側フランジ５２には測定流体を導く導入
通路６０、大気側フランジ５４は大気に連通する
通路６２が設けられている。大気側シールダイア
フラム４６に面する大気側フランジ５４の内壁に
は、大気側シールダイアフラム４６の径より若干
小さい径のリング状の突起部６４が、大気側シー
ルダイアフラム４６に近接する如く形成されてい
る。したがつて、ハウジング４２と大気側フラン
ジ５４と突起部６４の３者間には、突起部６４の
ほぼ全周にわたつてリング状の溝６６が形成され
る。大気側フランジ５４の内壁と大気側シールダ
イアフラム４６間のギヤツプは、大気側シールダ
イアフラム４６が大気側フランジ５４側へたわん
だ時、大気側シールダイアフラム４６のほぼ全面
が突起部６４および大気側フランジ５４に当接す
る距離となつている。この場合、大気側シールダ
イアフラム４６のハウジング４２への溶接部６８
が反転しないため、より高い圧力に対して良好な
シール効果が得られる。
さて、プロセス流体等の高圧の測定流体が測定
側フランジ５２の導入通路６０により導かれる
と、測定流体の圧力は測定側シールダイアフラム
４４、測定側封入液４８を介して半導体圧力セン
サー２０の一方の面に加えられる。また、大気圧
は大気側シールダイアフラム４６、大気側封入液
５０を介して半導体圧力センサー２０の他方の面
に加えられる。この結果、半導体圧力センサー２
０の薄肉部は圧力差に応じて大気側にたわみ、そ
れによつてブリツジ抵抗２２の抵抗が変化する。
この低抗変化は導体３８、プリント基板３０、導
体３４，４０を介して外部に取出され、圧力差を
表示する。
側フランジ５２の導入通路６０により導かれる
と、測定流体の圧力は測定側シールダイアフラム
４４、測定側封入液４８を介して半導体圧力セン
サー２０の一方の面に加えられる。また、大気圧
は大気側シールダイアフラム４６、大気側封入液
５０を介して半導体圧力センサー２０の他方の面
に加えられる。この結果、半導体圧力センサー２
０の薄肉部は圧力差に応じて大気側にたわみ、そ
れによつてブリツジ抵抗２２の抵抗が変化する。
この低抗変化は導体３８、プリント基板３０、導
体３４，４０を介して外部に取出され、圧力差を
表示する。
測定側に過負荷状態が発生すると、測定流体の
圧力が異常に高くなり、この異常な高い圧力は測
定側シールダイアフラム４４と測定側封入液４８
を介して半導体圧力センサー２０に伝えられる。
そして、測定流体と大気の圧力差が半導体圧力セ
ンサー２０の薄肉部の耐圧を越えると半導体圧力
センサー２０が破壊する。すると、測定側シール
ダイアフラム４４および大気側シールダイアフラ
ム４６が第１図の左方、すなわち、大気側に移動
し、測定側シールダイアフラム４４は破壊した半
導体圧力センサー２０あるいはプリント基板３０
に押付けられ破壊する。この結果、大気側シール
ダイアフラム４６は更に左方に移動するが、突起
部６４および大気側フランジ５４に当接し停止す
る。すなわち、第２図に示すように、大気側シー
ルダイアフラム４６は第２図ａの状態から第２図
ｂの状態となり、大気側シールダイアフラム４６
はほぼ全面にわたつて突起部６４および大気側フ
ランジ５４に支持され、測定流体の圧力は大気側
フランジ５４で受けることになり、大気側シール
ダイアフラム４６が破壊するのを防止することが
できる。尚、この時、大気側フランジ５４と大気
側シールダイアフラム４６間の大気は、リング状
に形成された溝６６、大気側導入通路６２を介し
て外部へ押し出される。したがつて、大気が大気
側フランジ５４と大気側シールダイアフラム４６
との間にとじ込められ、異常に高い圧力に達する
のを防止することができる。
圧力が異常に高くなり、この異常な高い圧力は測
定側シールダイアフラム４４と測定側封入液４８
を介して半導体圧力センサー２０に伝えられる。
そして、測定流体と大気の圧力差が半導体圧力セ
ンサー２０の薄肉部の耐圧を越えると半導体圧力
センサー２０が破壊する。すると、測定側シール
ダイアフラム４４および大気側シールダイアフラ
ム４６が第１図の左方、すなわち、大気側に移動
し、測定側シールダイアフラム４４は破壊した半
導体圧力センサー２０あるいはプリント基板３０
に押付けられ破壊する。この結果、大気側シール
ダイアフラム４６は更に左方に移動するが、突起
部６４および大気側フランジ５４に当接し停止す
る。すなわち、第２図に示すように、大気側シー
ルダイアフラム４６は第２図ａの状態から第２図
ｂの状態となり、大気側シールダイアフラム４６
はほぼ全面にわたつて突起部６４および大気側フ
ランジ５４に支持され、測定流体の圧力は大気側
フランジ５４で受けることになり、大気側シール
ダイアフラム４６が破壊するのを防止することが
できる。尚、この時、大気側フランジ５４と大気
側シールダイアフラム４６間の大気は、リング状
に形成された溝６６、大気側導入通路６２を介し
て外部へ押し出される。したがつて、大気が大気
側フランジ５４と大気側シールダイアフラム４６
との間にとじ込められ、異常に高い圧力に達する
のを防止することができる。
大気側シールダイアフラム４６と大気側フラン
ジ５４とのギヤツプは、大気側シールダイアフラ
ム４６の厚さ、材質、機械的性質等を考慮して決
定されるが、好ましくは、大気側シールダイアフ
ラム４６のほぼ全面が大気側フランジ５４に当接
した状態で、大気側シールダイアフラム４６に余
分なたわみ等が生じない距離が好ましい。
ジ５４とのギヤツプは、大気側シールダイアフラ
ム４６の厚さ、材質、機械的性質等を考慮して決
定されるが、好ましくは、大気側シールダイアフ
ラム４６のほぼ全面が大気側フランジ５４に当接
した状態で、大気側シールダイアフラム４６に余
分なたわみ等が生じない距離が好ましい。
以上この発明によれば、半導体圧力センサーが
破壊した場合でも、測定流体が外部に流出するの
を防止することができる。
破壊した場合でも、測定流体が外部に流出するの
を防止することができる。
第１図はこの発明に係る半導体圧力伝送器の縦
断面図、第２図ａは正常時における大気側シール
ダイアフラムと保護部材との関係を示す図、第２
図ｂは異常時における大気側シールダイアフラム
と保護部材との関係を示す図である。 １０…圧力測定室、２０…半導体圧力センサ
ー、２２…ブリツジ抵抗、２８…支持ブロツク、
３０…プリント基板、４２…ハウジング、４４…
測定側シールダイアフラム、４６…大気側シール
ダイアフラム、４８…測定側封入液、５０…大気
側封入液、５２…測定側フランジ、５４…大気側
フランジ、６０…測定側導入通路、６２…大気側
導入通路、６４…突起部、６６…リング状溝、６
８…溶接部。
断面図、第２図ａは正常時における大気側シール
ダイアフラムと保護部材との関係を示す図、第２
図ｂは異常時における大気側シールダイアフラム
と保護部材との関係を示す図である。 １０…圧力測定室、２０…半導体圧力センサ
ー、２２…ブリツジ抵抗、２８…支持ブロツク、
３０…プリント基板、４２…ハウジング、４４…
測定側シールダイアフラム、４６…大気側シール
ダイアフラム、４８…測定側封入液、５０…大気
側封入液、５２…測定側フランジ、５４…大気側
フランジ、６０…測定側導入通路、６２…大気側
導入通路、６４…突起部、６６…リング状溝、６
８…溶接部。
Claims (1)
- １ ハウジングに取付けられた半導体圧力センサ
ー、この半導体圧力センサーの一方の面と測定流
体との間に設けられた測定側シールダイアフラ
ム、この測定側シールダイアフラムと前記半導体
圧力センサーとの間に封入された測定側封入液、
前記測定側シールダイアフラムを覆う如く前記ハ
ウジングに取付けられた測定側フランジ、前記半
導体圧力センサーの他方の面と大気との間に設け
られた大気側シールダイアフラム、この大気側シ
ールダイアフラムと前記半導体圧力センサーとの
間に封入された大気側封入液、前記大気側シール
ダイアフラムを覆う如く前記ハウジングに取付け
られた大気側フランジ、前記大気側シールダイア
フラムに近接する如く前記大気側フランジに設け
られたリング状の突起部とより構成したことを特
徴とする半導体圧力伝送器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12257678A JPS5550131A (en) | 1978-10-06 | 1978-10-06 | Electronic transmitter |
| GB7933230A GB2031592B (en) | 1978-10-06 | 1979-09-25 | Pressure transducer |
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Patent Citations (1)
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