JPS62500544A - もろい材料製のキャパシタ方式センサ素子 - Google Patents

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】 発明の名称 もろい材料製のキャパシタ方式センナ素子発明の背景 １、発明の属する技術分野 この発明は、もろい材料を用いたたわみ板ないしダイヤフラムを備え、この板に 作用する流体圧′を測定するためのキャパシタ方式圧力センサ素子に関する。

λ従来技術の説明 たわみ性ダイヤフラムを利用すると共に過圧保護手段を備え、ダイヤフラムの動 きを容量検知方式で検出するさまざまな圧力センナが開発されてきた。また、た わみ性を持ったダイヤスラム間に流体を充填することにより、主として差圧を検 出するさまざまな圧力センナも存在する。

センターブロックの両面上に、それぞれ独立したチャンバーを形成するセンサダ イヤフラムを設け、各チャンノ（−間を流体的に連結して各ダイヤ７２ム上の圧 力の差で該ダイヤフラムをたわませる圧力センサ索子がアメリカ特許第４，３９ ８，１９４号とアメリカ特￥ｆ第４，１６９，３８９号とに示されている。これ らの各特許は、ダイヤスラムで囲まれた空間に充填したオイルの体積が温度差で 変化することを示唆している。特許第４．３９８，１９４号ではこの体積変化を 検出回路で補正する一方、特許第４，１６９，３８９号ではこの体積変化を機械 的に補正している。

これらの特許はいずれも、たわまない取付センタープ胃ツクを使用しており、外 圧変化に応じてたわむような２枚の板でチャンバーを形成した本発明の装置とは 相違している。

ヨーロッパ特許第０．１１１．（４８号公報でも、その対向面上にたわみ性ダイ ヤフラムを設けたセンターブロックを備えたキャパシタ方式のセンナが示されて おり、このたわみ性ダイヤフラムの下に流体が充填されている。

アメリカ特許第４．１７７，４９６号で、アルミナ、溶融珪素またはガラス等の もろい材料製の２枚のディスクで構成したキャパシタ方式圧力センナが公知であ るが、この２枚のディスクは間隔を隔てて対向耐直され、それぞれの表面が導電 的忙コーティングされている。そして、一つのチャ／バーが構成され、ディスク に外圧が加わると各ディスクが損害る方向に移動しようとする。ディスクのこの たわみをキャパシタ方式で測定し、これに加えられた圧力を指示させる。過圧印 加に際しては、ディスクの一部が相接触してセンナ自体が異常圧力で破壊される のを防止するようにされている。これに類似の装置がアメリカ特許第４，１７７ ．４９６号ならびにアメリカ特許第４．２０７，６０４号に示されている。

アメリカ特許第４，０５８，７８８号には、いずれも縁辺をシールしてオイル充 填チャ／バーを形成した、可撓性の波形ダイヤスラムで構成したダイヤフラム組 合せ体が示されている。測定対象圧力が、それぞれのチャ／バーを形成する両方 のダイヤプラムの外面に作用する。流体が連通する２個のチャンバーを形成する ダイヤスラム上に加わる圧力の差によって動きが発生し、これを、動き検知用の ストレングージを備え九片持ちビームで検出する。ダイヤスラムは、フレキシブ ルな金属製で、もろい材料製ではない。

アメリカ％杵第４，１６８，５１８号に示されているキャパシタセンナは、石英 等の材料で製作され、互いに結合して内室な形成する２個の構成体から成シ、該 構成体に、これの外画に圧力が加わったとき、互いに損害る方向にたわむ部分が 設けられている。

アメリカ特許第４ρ８４，４３８号にも、各縁辺をシールして一つの内室を形成 する間隔を隔てた境界壁と、腋壁内面上のキャパシタ方式検出機構とを備え、圧 力で壁がたわんで間隔が変化したとき電気信号を発する圧力検出装置が示されて いる。

特許第４，３３２，４３８号に示されているこの装置は、さらに石英のような材 料でセ／すが形成されることを教示している。

アメリカ特許第４．３　：３２，０００号は、半導体材料でキャパシタ方式圧力 センナを形成すること、ならびにセ／すと検出回路とを同一工程で形成すること を明らかにしていることで興味深いものでちる。

アメリカ特許第４，３９０，９２５号も、シリコンウェファ−上に形成した多重 空洞を備えた圧力センナに関するものである。

アメリカ特許第４２４４：２２８号に、各外縁辺が結合され、圧力が加わるとた わむ、カップに若干似た形状のディスク構成体で構成した圧力センナが示されて いる。過大な圧力が加わると各プレートは重なり合って静止する。このディスク はその機能上、ばね材料製でカップ状に形成されている。

アメリカ特許第４，３０１，４９２号に、ダイヤフラムを積み重ねてオイルを充 填し、圧力が加わるとたわむように構成した圧力センサが示されている。このた わみをキャパシタ方式で検出し、かつ温度変化に起因する誤差を補正する。また このチャンバーは、環状リムによって相互に隔離され、静止位置に保持されるよ うな、たわみ性ダイヤプラムで構成されている。

このセンナで差圧が測定可能であるが、開示された構成によれば、必要な間隔を 形成するためダイヤプラムディスクを凹状に形成する必要がちる。

アメリカ特許第４４６３，３９５号に、平坦なダイヤフラムを組み合わせた空間 にオイルを充填した差圧検出用センナが示されている。過負荷になるとこのダイ ヤフラムが１ボトムアウ）　＝　（ｂｏｔｔｏｍ　ｏｕｔ　）状態になる。たわ み性ダイヤプラムの組合せから離れて外部センナが設けられ、ダイヤフラム間の 空間からのオイルがこのセンサに作用して圧力変化が検知される。

上記の各種の従来方式では、圧力セ／すのたわみ構造体を形成するのにもろい材 料を使用することが示唆されている。

４６い材料はヒステ、レシス性が小さく、再現性がよいので好ましいものである 。いずれにせよ過圧保護を必要とするが、この発明は、過圧を、いずれの方向に 対しても簡単かつ効果的に防護するようにセンナを構成し、正確でしかも低コヌ トのバッチ工程で製作可能なセンナを提供するものでちる。

発明の要旨 Ｏの発明は、石英、シリコンあるいはこれに類似のもろい材料製の、圧力に感応 するダイヤプラム構成体でダイヤフラム組合せ構造体を形成して構成した圧力セ ンサ素子に関する。

ダイヤ７２ム組合せ構造体は、特定のもろい材料の２枚のグレート（この中の１ 枚は剛体であってもよい）の外周エツジを互いに組合せ、シールして内室（チャ ／バー）を形成し、その中にオイルを充填して各プレートの対向面間に初期間隔 を設定することにより構成される。各ダイヤ７２ム組合せ構造体の内室はさらに 、流体の第１チヤンバーからの移動に対して、圧力に関する既知の関係に従う抵 抗となるような壁を有する、第２チヤンバーのような手段に結合される。前記手 段は、第１の組合せ構造体と同様のダイヤフラム組合せ構造体であって、第２チ ヤンバーを構成するのが好ましい。

図に示したように、第１．第２内室（チャンバー）間の流体移動用内部通路を備 えた台座で、両ダイヤ７′ｙム組合せ構造体を支持させる。そして両ダイヤフラ ム組合せ構造体の各プレート外面にそれぞれ別個の圧力が加えられたとき、該圧 ７カに何らかの差があると、各ダイヤスラム組合せ構造体の少なくとも一方のプ ｖ−トがたわんで、流体が一方の内室から他方のそれに移動する結果、各ダイヤ スラム組合せ４１１造体のプレート間のスペースが変化するので、これを適当な 検出装置で測定することができる。

これにはキャパシタ方式の検出装置が使用でき、そのため、各プレートそれぞれ の対向面上に薄い導電性のフィルム層を形成し、該導電層をキャパシタンス検出 回路に接続して検出装置を構成する１、またストレンゲージや移動検出装置を使 用することも可能である４゜ 各ダイヤスラム組合せ構造体の各プレートは、静止状態（ストレスが加わってい ない状態）で、エツジを相互結合してチャンバーが形成され、はぼ平坦な形状で ある。適当人オイル等の非圧縮性流体を該チャンバーに充填すると、プレートの 少なくとも一方が弓なりになって初期間隔が形成される。

圧力が加わるとプレートはたわむが、通常の使用範囲内での最高圧力では、チャ ンバープレートは相互に接触しない。それ以上の過圧が加えられると、プレート の対向面同士が接触して互いに支持し合う。プレート同士が接触すると、プレー トに加えられる引張ストレスはほぼ零になる。もろい材料は大きな引張荷重には 耐えられないが、圧縮荷重には極めて強いので、この現象にｊニジ、極めて大き な過圧に対してよく保護されることになる。すなわち、プレート同士が接触する と、引張ストレスがほぼ零になって外圧の影響を殆ど受けなくなるのである。

充填オイルの量は、第１チヤンバーのプレート同士が接触したトキ、第２チヤン バーのグレートに過大なストレスが加わらないよつに選定される。また充填流体 の熱膨張に起因するエラーを最小にするため、充填オイル量を、両チャンバー間 を連結する通路の容積より十分大きく選定する。

この過圧保護方式は効果的でしかも外部要素を必要としない。このセンサは、過 圧による過大なストレスを懸念することなく、もろい材料を刊用できるという長 所を有するものである。このセンサーの製作は容易であり、ダイヤフラム組合せ 構造体表面の導電性コーティングも低コストのパッチ工程を適用できるし、しか も機能が正確である。

図面の（資）率な説明 図１は、この発明に基づく圧力センサー組立体のケース内部を示す断面図である 。

図２は、図１に示したセンサーを組み立てた後の初期状態の部分概要断面図であ る。

図３は、図２に示したセンサー組立体にオイルのような非圧縮性流体を充填して チャンバーを形成した後の初期状態を示した断面図である。

図４は、図３に示したセンサー組立体が、これに加えられた圧力の差によって最 大限たわんだフルスケール状態な典型的に示した断面図である。

図５は、図３に示したセンサー組立体に過大な圧力差が加えられたときの断面図 でおる。

図６は、圧力差の下でのセンサプレートのたわみによって惹起されたキャパシタ ンスの変化を検出するのに適した回路を藺略化して表した図でらる。

図７は、この発明の池の有利な実施様！１ｔＣ基づくセンナ素子（セル）を備え た差圧センナの断面である。

図８は、図７の圧力セ／す素子のダイヤ７ツム上に形成された抵抗ブリッジの回 路図である。

図９は、図７のセンナ素子に使用されるストレンゲ−ジブリッジの回路図である 。

好ましい実施例の詳細な説明 図１に、ケー２１１を備えた圧力センナ組立体を一括して１０で示す。これは第 １エンドセクシヲン１２、第２工ンドセｐシｗン１３と、センターセフシラン１ ４および１５とを有する。これらの各ケースセクション１２，１３，１４＄）よ び１５には、それぞれ環状縁１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂおよび１５Ｂによって区切 られた凹部１２Ａ、１３Ａ、１４Ａおよび１５　ＭｒＳ設けられている。ここに 示した各凹部は、平面図でを１一般に円形で、凹部１２Ａと１４Ａとが相対向し て第１内圧チヤンバー２１を構成する。

環状縁１２Ｂと１４Ｂとが対向し、２０で示すように、適当なガラス層で互いが 溶接される。このガラス層２０も環状になり、相対向した縁の間の間隔を保持す るとともに、ここを気密に封止し、かつ第１チヤ／バー２１を所定の位置に固定 する。ケースのセクシ曹ン１２は、チャンバー２１に至る通路２２を備え、該通 路の終端の凹部２３にセンナエレメントの一部が収容される。

環状縁１３Ｂと１５Ｂとが隣接して対向し、凹部１３Ａと１５人とで第２内圧チ ヤンバー２６を形成するため、縁１３Ｂと１５Ｂの対向面が環状のガラス層２５ で溶接される。ケースのセクシ璽ン１３を貫通して通路２Ｂが設けられ、またセ クシ！ン１３にも該通路２８の内部終端に凹部２９を設けてチャンバー２６内の センナエレメントの一部をここに収容する。

ケースセクションの副集合体１２と１４．および１３と１５は、セクシｌン１４ と１５との各対向面を環状ガラス層３Ｇで溶接され、ケースの中央で互いに組み 合わされる。また各セクシｌン１４と１５の、それぞれのセンターに設けられた 通路３３と３４とに近接した対向面同士を環状ガラス層３１で溶接する。

各通路３３と３４は、ガラス層３１によって相互間の流体の流通が遮断される。

一括して４０で示したセンナエレメントは、ケース１０内に収容され、かつチャ ンバー２１内に収容された第１センナエレメント部４１と、チャンバー２６に収 容された第２センナエレメント部４６とを備えている。台座として形成された連 結管４７は、この第１ならびに第２センナエレメント４１と４６とを支持すると 共に、相互を連結するためのものである。したがって、このセンナエレメントは 、２組のセンサエレメント部と、これらを連結する台座とを組み合わせて構成さ れることになる。

詳細に述べれば、各センサエレメント部は何れも、はぼ均一な厚さの、適当なサ イズの１対のたわみプレートで構成される。プレート４２と４３とがセンナ部４ １を形成する。プレート４２と４３は、各外縁が溶接または他の適当した方法で 、４４で示したリム部の所で互いに機械的に結合され、シールされる。このこと により、プレート４２と４３との間に閉塞された内部チャンバー４５が確立され る。

センサエレメント部４６も、１対の平坦なグレート４８と４９とで構成されるが 、これらはプレート４２．４３と同一構造であることが好ましい。このプレート ４８と４９は、それぞれの外縁５１で、適当な方法によシ、機械的に相互結合さ れると共にシールされて、プレート４８と４９との間に第２の密閉チャンバー５ ２を形成する。

ここに示したセンサの形式では、センサエレメント部のプレート４２と４３、お よび４８と４９は、何れもセラミック、シリコン、ガラス、サファイヤあるいは 石英等の適当なもろい材料で作られている。これらのもろい材料の引張強度は低 く、大抵のものは引張降伏点以下で破断してしまう０降伏点がはっきりせず、破 断時の引張ストレスが１，０００ないし５０．０００　ｐａｔまでのものは、も ろい材料でちると考えられる。

しかし、こりような材料は、優れた耐圧縮強度を持ち、それは引張強度より遥か に高い。

各プレートは、その全直径にわたってその厚みがほぼ均一になるように形成され る。台座つまり連結管４７も類似の材料で、かつ内部通路５３を備えて形成され るので、この連結管４７はもろい（剛体）材料製の中空管である。

各プレー）４２，４３．４８および４９は、何れもその中心軸上に、グレートが 静止状態にあるとき、その主面に直交する中心孔を備えている。これらの開口部 ないし孔を、それぞれ４２人、４３人、４８人および４９Ａで示す。

センナエレメントの製造工程における適当な時に、台座ないし連結管４７をガラ ス層でプレート４３と４８に溶接結合するが、このとき、６０で示す蘭所で台座 の一端をプレート４３に、また６１の個所で台座の他端をグレート４８にそれぞ れ連結する。このガラス層６０と６１は環状で、中央が空いているので、通路５ ３が開口する。つまシ、通路５３が、各開口部４３Ａと４８Ａとを経由して内部 チャンバー４５と５２とにそれぞれ連通する。

台座連結管４７は、センサエレメントを保持するよう形成されているので、プレ ー）４２，４３．４８および４９が、連結管４７上に剛体として組合わせ保持さ れる。しかしこのドレスやひずみはまだ殆ど加わっていない。連結管４７と、セ ンサエレメント部４１　、４６とをケース１１に配置し、通路３３．３４のガラ ス層３１が連結管４７の外面、こ扛を取υ巻くすべての周辺ならび〈ケースセフ シラン１４．１５に溶接される。

その結果、ケースの各セクション１４および１５内のそれぞねの通路３３と３４ との間がシールされ、これら二つの通路間の流体の流通が連断される。これに伴 い、ケースの第１゜第２チヤンバー２１と２６の間も流体的に相互に絶縁される 。

各プレー）４２，４３．４８および４９をセンサエレメント部に組み立てる前に 、導電性材料が、４２Ｂ、４３Ｂ、４８Ｂ。

４９Ｂでそれぞれに示すように装着される。これらの層は、もろい材料の上に薄 いフィルム状に沈積させたものである。この層がキャパシタグレートないし電極 を形成し、各層相互は電気的に絶縁されている。これらの層に適当な電気導体を 接続し、リード線として使用する。各導電層を、各プレートのそれぞれの開口部 ４２Ａ、４３Ａ、４８Ａ、４９Ａを形成するそれぞれのエツジの周辺を越えるよ う延長して形成すると共に、さらにチャンバーを構成した後、プレートの外側で 各開口部の周辺から僅か離れた所まで延長させる。この外側の導電材料層は、キ ャパシタ電極接続導体ないしリード線の接続場所を形成する。。

層４２につながる導体ないしリード線６２を、開口部４２Ａに隣接した層４２Ｂ に接続する。開口部４２Ａを適当なキャップ６６で閉以これを適当なガラス層６ ７で正しい位置に保持させるとともに１導体６２も正しく保持させる。層４３Ｂ につながる導体ないしリード線６３を、ガラス層６ｏで周囲を取９凹まれた開口 部４３Ａに隣接し九層４３Ｂ　Ｋ接続し、これをリード線６３どともに該ガラス 層６ｏで正しい位置に保持させる。開口部４８Ａに隣接した層４８Ｂに導体ない しリード線６４を接続し、ガラス層６１で保持させる。またリード線６５を、キ ャンプ６６の下の開口部４９Ａに隣接した層４９Ｂに接続するとともに１キヤツ グ６６を保持し、かつ開口部４９Ａをシールするガラス層６７（Ｄ中に埋め込む 。チャンバー４５と５２は、こうして気密にシールされるが、その相互間は剛体 の連結管ないし台座４７の内部通路５３を介して連結されている。

後で説明するように、ケースのセクタｌ／１４，１５の対向面に、それぞれ７０ ．７１で示すような導電物質を備え、これらの層を基準キャパシタの電極として 形成するとよい。

ケースバー表面７２セクシ目ン１４と１５間に形成された２つのチャンバー表面 は相互に隔離されて基準キャパシタが形成される。このチャンバー７２に基準圧 力を保持させ、この圧力は適当なリード線７３を経由してプレート７ｏと７１を 作動させることによって測定することができる。またこのチャンバー７２を形成 する面の一方もしくは両方を、補正ないしその他の用途に用いる温度測定センナ の取り付は場所に利用してもよい。

組立後、ナヤンパー４５．５２ならびに連結通路に、適当な方法でオイル（非圧 縮性流体）を充填し、よシ詳細に後述するよつに、グレート間にスペースを生じ させる。オイルは、キャップの一つ６６の小さな孔から注入し、その後、この孔 にボールをあてがって正しい位置に固着させる等、適当な方法でシールすればよ い。

所望ならば、容量性出力は通常の方法で検知可能であシ、また図６のような回路 を用いて測定することも可能である。

チャンバー２１に流体圧が加わると、これがプレート４２と４３の外面に作用す る１、この圧力を正圧力と仮定すると、これはプレート４２と４３とを押しっけ 合うように作用する。

同様に、チャンバー２６内の圧力もプレート４８と４９の外面に作用し、これは グレート４８と４９とが離れる方向に広がろりとするのに抵抗する。チャ／パー ４５．５２ならびに連結チャンバー５３に充填されている流体は本質的に非圧縮 性なので、プレート４２と４３とが、これに加わる圧力によって相互に偏位しよ りとすると、プレート４８と４９がこれに逆らおうとすることになる。これらの グレートのたわみは、チャンバー２１と２６における各圧力の差に従う。それ故 に、スペースのこの変化をキャパシタ方式で測定し、２チヤンバ一間の圧力の差 を示す信号を発生させることができる。

もろいプレー）４２，４３．４８および４９それぞれに電極構成体を形成するバ ッチ製作工程を実現するのは容易である。シリコン、石英または他のもろい材料 を３インチ程度のクエ７アーに仕上げた後、極微な径（５ないし１５ミル）の孔 をレーザーで規則正しい間隔であければよい。ウェファ−の厚みは５ないし１０ ミルのオーダーであろり。孔あけ後、ウェファ−の両面および任意のパターンに 予め形成した孔の中に薄膜を沈積（デポジション）させればよい。換言すれば、 このｅダ膜はウェファ−の両面を取９巻く層になシ、６孔を堆９囲んで、−１に 示した導電性フィルムに相当した任意サイズのキャパシタプレート成極とこれを 接続する機構とが形成される。

それから、クエ７アーから切り出された各プレートの所望のパターンを、適当な ガラス層でシールする。これには、スフリーフ印刷やマスクを用い九蒸着ないし スパッタリング法を利用して、シーリングキャップや台座の取シ付け、ならびに 各グレートの周縁に形成される環状縁のための、任意のパターンのガラス物質を ウェファ−の面上に生成させればよい。

その後、各プレートなす早く切り出して、大きなウェファ−から一群の個別プレ ートを一度に作シ出すことができる。

そして引き続き適当な方法で、１対のグレートの外縁を組合わせて溶接した上、 シーリングキャップと連結管をグレートの中心部に溶接して組み立てる。

図２．３．４および５に、製作ならびに使用時のセンナエレメントのさまざまな 状態を示す。

図２は、センナエレメントの組み立て直後の、各プレートに実質上ストレスが加 わらない（平坦な）初期状態な示したものである。形成されたチャンバーにはま だオイルが充填されておらず、したがって、各プレートが、図２に示すよりに互 いに相接触しているとき、それらには曲げ荷重が殆ど加わっていない。これは、 各プレートの外周部分が一体に溶接結合されたときの状態である。２組のセンナ 部を支持するため台座ないし連結管４７を、図示のように、仮サポータ８ｏとし て使用することができる。

このセンナ組合せ体の動作を効果的に説明するための等式を解析するに当り、第 １センナエレメント部４１を添字１１＃で、また第２センナエレメント部４６を 電文１２”でそれぞれ表わすととＫする。センサエレメント部４１内の圧力なＰ ｌ（図１参照）とし、ここに示したセンサを形成する２枚のプレート面間の間隔 の変位量をＸｌとする。また第２センナエレメント部４６の内圧をＰｔ１　これ のプレート間の間隔なＸ２とする。同様に、各センナエレメント部のキャパシス タンスをそれぞれＣｔ、Ｃ宜で表すことにする。

センナの動作およびその解析を考えるに当たり、第１センサエレメ／ト部を収容 したチャンバー２１に圧力ｐｍ（図１）が、また第２センナエレメント部４６を 収容したチャ／パー２６に圧力Ｐ−玄加わっているものとする通常の測定対象量 は、ノｐ　＝　Ｐ、−ｐ。

である。

前述のよりに、両センサエレメント部とも内圧が零、すなわちｐ、＝　ｏかつｐ 、＝ｏのとき、プレートないしダイヤフラムが相接触するように構成されている ので、ＸｌもＸｌも共に０である。各センサエレメント部にオイルが充填される と、間隔Ｘが生成される。そして、それぞれ２枚のプレートないしダイヤフラム で構成されたセンサエレメント部のステイ７ネスは定数であり、この定数が、外 圧下でのプレートのたわみを決定する。この定数を、第１センナエレメント部に ついてはに、、第２センサニレメンＦ部ではに、とする。

対に組合わされた各構成体のそれぞれ一方のプレートだけが他方のグレートに対 して移動すると、有用な信号を発生するが、この方式については、図７の説明に 際して検討する。

オイルが充填された後、センナエレメント部は、Ｐ、＝Ｐ。

で、図３の状態にあるものと仮定する。各センサエレメント部のプレート対向面 間のそれぞれの間隔、ＸｌとＸｌとは等しく、何れ４Ｘｏである。各プレートに は最屯緩やがな曲げストレスが加わっている。殆ど非圧縮性の充填液は、温度変 化によって僅かに膨張、収縮するが、これによって過大なストレスがプレートに 加えられることはない。ここで、プレートの間隔と曲率とがここでは大きく誇張 して描かれていることに留意しなければならない。フルスケール時にふ・けるプ レートの間隔は極めて小さなものである。

図４に、通常範囲に訃けるフルスケール圧力差によって、第１チヤンバー４５の たわみＸｌが、たわみＸ、より小さくなっている状態が示されているが、これは 、センサエレメント部４１上の圧力が、センナエレメント部４６のそれより大で あることを意味する。プレート４８と４９のたわみによって、フルスケール使用 時の規定範囲内の曲げストレスが発生しているが、これは Ｘ、−Ｘｏ／２　また　ｘｔ＝（３／　２　）　・Ｘｏであることが望ましい。

ここで、即−フルスケール圧力でちる。

図５に、極端な過圧によって、プレート４２と４３とがほぼ全面的に接触してい る状態が示されている（　Ｘｔ−Ｏ）。そして非圧縮性流体がすべて、連結管の 内部通路とチャンバー５２とに押し込まれている。充填流体ないしオイル量が制 限されているので、プレート４８と４９とに極端な曲げストレスが加わることは なく　（Ｘｚ＝　２　Ｘｏ）　、ｔたグレート４２と４３とに過圧が加えられて も実質上、これらのグレートには単純な圧縮力が加えられるに過ぎない。

外圧によってプレートの各対向面同士が押しつけられるが、もろい材料は、この 全圧縮荷重によく耐えるので、センナエレメント部ないしこれを構成するプレー トが破損ちれる恐れはない。

このようにして、極端に過大な圧力に対する耐性が実現ちれるのである。しかも プレート用としてもろい材料を使用することは、装置のサイズを小さくシ、コス トも低く、さらに、正確さはもちろんのこと、キャパシタ方式検出機構電極の薄 膜コーティングをバッチ処理するのにも適している。

このセンナエレメント部の構成は、もろい材料に通したもので、工業用の流量計 測用途で遭遇する数千ｐｓｉ　ｉでの圧力に対して、双方向の適正保護を与える ものである。チャンバーがオイルで充填され、ΔＰ＝００とき、センナエレメン ト部には、使用材料の引張強度を超えない妥当な曲げス）Ｌ／ス（引張と圧縮） が発生する。規定圧力時のたわみがこの初期ストレスの１．５倍を超えることは ない。何れの方向の過圧条件でも、それはダイヤフラムないしプレート組合わせ 体の一方を初期状態に押し戻してその曲げストレスを零にし、しかもそれ以上の 過圧は純粋に圧縮作用しか及はさない（周知のように、もろい材料はこれに耐え られる）。他方のダイヤスラム組合せ構造体には最大の曲げストレスが発生する が、それも初期ストレスの２倍に過ぎない。

ここでも、図にはプレート間隔と曲げ状態が極端に誇張して描かれていることに 留意してほしい。使用時のグレート間の間隔は極めて小さなものでちる。しかし 、前記間隔の変化は、キャパシタ方式で正確に検出可能である。

外ケースで形成されたチャンバー７２は、その円部に基準圧力を持ち、前記圧力 は、ケースの対向面をたわませる圧力Ｐ８とＰＡ（図１参照）のし°ベルの影響 を受ける。したがって、電極７０と７１間の間隔は静圧レベルの関数（Ｐ、　＋ 　Ｐ、　）　／　２ で表される。

電極７０と７１とによって、差圧を表すａ号Ｃ１とＣ鵞を、等しい圧力差であり て、かつ静圧ないしライ／圧力が違う場合に対して補正できる容量信号Ｃ１が生 成される。電極７０゜７１を載せた面のたわみは、必要に応じ、光学的またはス トレンゲージな用いて測定することが可能で多ろう。差圧に基づくプレートない しダイヤスラムの間隔の変化は、ストレンゲージや光学的センナ、おるいはキャ パシタ方式センサで検出可能である。しかし、たわみないし動きが極めて微細な ので、キャパシタ方式センサが有利である。

２組のチャンバーを備え、該各チャンバーが、図示のように、１対のもろいダイ ヤフラムをその外縁でシールしてオイルを充填して構成されている、各センサエ レメント部のダイヤフラムないしグレート間の間隔検出に必要な諸条件を解析す るとき、考慮に入れるべき７アクターは、オイル量、したがってその密度に影響 を及ぼす温度も含めてダイヤプラム材料の弾性率、ダイヤフラムの厚さ、ダイヤ フラムの直径など、数多く存在する。

間隔の変化を検出するのに必要な等式を決めるため、特にキャパシタ方式の検出 法においては、圧力差に基づく動作を解析する必要がある。センナ菓子が図１の よりに、各チャンバー（チャンバー１と２）を区画する２枚のダイヤスラムで構 成され、それぞれのダイヤプラム組合せ構造体が連結管で連結されて一体化され 、かつオイルを充填されており、さらに各素子のダイヤフラム間の間隔はＸ（第 １センナエレメント部のそれをＸゎ第２セ／サエレメント部をＸ、であると仮定 する。

また、第１七ンサエレメント部に作用する外圧をｐ、、、ｊＫ　２センサエレメ ント部のそれをＰＡとする。第１センナエレメント部の内圧をＰ、、第２センナ エレメント部のそれをＰＡ、これらを一括してＰとすると、通常の使用状態では Ｐ　ｌ＝　ｈ＝　Ｐである。各センサエレメント部のステイ７ネス係数をそれぞ れに、、に、とする。

このステイフネス係数は定数項で、グレートないしダイヤフラムの構造で定まり 、ダイヤスラムの引張強度、弾性率、直径および厚みがこれに含まれる。各セン ナエレメント部を同じに構成するなら、Ｋ１とに、とが等しいことが望ましいが 、これは精密な制御なしでは保証が困難であり、各ダイヤフラムないしプレート の特性を全く同一に揃えて製作するのは高価につく。

さらに、図示の装置では、前述したように、オイルが充填されていない状態では Ｐ＝Ｏで、プレートはほぼ接触し合っていると考えられる。このときプレート間 隔Ｘもほぼ０、つまりｘ（ｐ＝ｏのとき）心。である。ここでＸ。はオイルを充 填した後の間隔である１数学的解析の際に述べたように、これらの記号を用い、 因２と図５とを参照し、プレートのスティフネス係数も考慮、二人７すると、下 記の関係が成立する：Ｘ、＝Ｘ２＝Ｏ、＠Ｐ＝０ 所望の圧力範囲に対して過当なＫを設定すると、ル、圧力ー生じたときのＸｌと Ｘ２に関して成立し得る第１の伝達関数は、 （１）　Ｚｌ＝ＸＩ　Ｘｔ＝ＫＩＰ　ＫｔＰ　＋に、ｐ、ｘ、ｐ。

”　Ｐ（ＫＩ　ＫＬ　）　＋　ＫｔＰ４に！Ｐｓ”　ｐ　（ＫＩ　Ｋり　、・Ｐ 、＝　Ｐ、＝　０この大きさは、充填オイルの熱膨張によって変化するＰの値に 関係することに留意しなければならない。これは決して望ましいことではなく、 Ｋ、＝に、でない限り、大きな零係数をも九らす。正確にに、＝に、となるよう に製作することはコストが嵩み、製作誤差の観点からも実用的ではない。

前記の伝２！！関数を有効にするため、零点ｐ４整（ｚｅｒｏｉｎｇ）に関する 温度補正回路が必要である。このことは、圧力センサケース内に別途＠度センナ を設け、これを温度変化に対応して適正に変化する信号を発生する回路に接続す るとよい。

成立し得る第２の伝達関数は、 （２）　Ｚ＊＝　（Ｘｉ　Ｘ２　）　／’　（Ｘｓ＋　Ｘｓ　）または、前ｙｃ 述べた容量検知結果を用すて、Ｚｔ＝　（ＣＩ　ＣＩ　）　／　（Ｃｔ＋　Ｃ２ ）のように表わすことができる。

この二つの関係は、Ｃ−Ｃ１／Ｘの関係が成シ立っなら、何れも同じことに々る 。

式を組合わせると、っぎのようになる。

（２ａ）　Ｚｔ＝　（ＫｔＰ　ＫｔＰ　）　／　（ＫｔＰ　＋　ＫｔＰ　）＝　 （ＫＩ　Ｋり　／　（Ｋｌ＋Ｋｔ）　ｔ　＠Ｐｓ＝Ｐ＋−０これはＰ　（＠ｊＰ ＝　０　）に＃ｉ関係であシ、上記の伝達関数（２＆）は、Ｋ、とに２とが等し くなくても零点が安定するという長所を明らかにするもので、低い製造コストで 優れた機能が実現されることになる。

上記の解析式（２）において、この伝達関数の出方値が１／（Ｘｒ＋　Ｘｔ　） に比例し、また（ｘｔ＋ｘｔ）がセンサエレメント部の充填オイルの熱膨張。収 縮に直接関係するために、この伝達関数がスパンエラーをもたらすことは、注意 すべきである。

解析を進めると、りぎのようになる１３Ｋｌ（Ｐ　−ｐｓ）　−Ｋ２（Ｐ　−Ｐ Ｇ）Ｐ　（Ｋ、〜に２）　＋　ＫｔＰ４　ＫＩＰ！Ｐ　（Ｋ＋　十Ｋｇ　）　Ｋ ｔＰ、−ＫＩＰ。

Ｐ　Ｘ　２　Ｋ、−Ｋ、Ｐ、−Ｋ、Ｐ。

もしもに、＝に、なら、これ（２，）は罠等しくなる。

通ｆ望まれるよりな範囲の差圧を検出する目的に関しては、オイルを非圧縮性と 考えて差支えないので、Ｐｏを両チャンバーの初期充填圧力とすると、 Ｐ　＝Ｐｏ＋　（Ｐ４＋　Ｐｓ　）　／　２ζこで、（Ｐ４＋　ＰＩ）　／　２ が差圧センサに加わる瀞的なライン圧である。

したがって下記の関係が成立する。

ＰＧ−ＰＩ　ＰＧ　Ｐ３　ｊｐ ２鵞；−−一一、−１．−−−−−；＝□２Ｐｇ　＋　ＰＧ　＋　Ｐ３　ＰＧ− Ｐ３　２　Ｐ６　２　ＰＧこれは、各センナエレメント部のキャパシタ方式セ／ すの出力が、ｌ／Ｐ０（たソし、Ｐｏは充填オイルによって発生した圧力）の値 に正比例することを意味するものである。Ｐｏの値は、セ／すく通常使用される シリコ／オイルの熱＊腋ａａにより、温度１０００Ｆ　当たり約６Ｘ変化する。

このため、伝達関数ＪＰ／２Ｐ、＝Ｚ、は、ΔＰ＝ｏのとき、零温度係数を持た ず、！度によるオイル体積の変化（したがって密度変化）Ｋ起因する１０００　 Ｆ当た。Ｄ６Ｘのスパン温度係数を持つことになる。

温度を測定してその出方に補正係数を生成させるか、あるいは図６に示すよりに 、使用するセンサの直列キャパシタンスを検出することによってオイル密度を測 定するかすることセンサの直列キャパシタンスは下式で与えられる。

Ｃｓ＝　（Ｃ＋−Ｃｔ　）　／　（Ｃｔ＋　０２　）このキャパシタンスＣＢを 次のように塘わしてもよい。

Ｃ，＝に８／ＸいまたＣ、＝　Ｋ、／　ｘ、ｉのでＣｓ　”　ｅ　／　（Ｘ１＋ 　Ｘｚ　）そして Ｃ，Ｘ　Ｃｔ　Ｘ＋　Ｘｔ　Ｋｅ ここで０は、オイルのａ電係数である。Ｃ８の値を、主とじて充填液の密麓だけ に関係させて弄すことができる。モしてｅは、通常はオイル密度にその正比例し 、また（　Ｘ＋＋　Ｘｔ　）の値がダイヤフラム組合せ構造体の一定量の充填オ イルの田変に逆比例するので、次の関係が成り立つ。

こ＼でσはオイルの密度である。それ故に１このｃ詐過当な回路で測定し、それ をオイル！＆変化に起因する誤差の補正に利用することができる。

この補正手段を組込んだ回路の代表例を簡略化して図６に１００で示す。この発 明の前掲の実施様態における圧力℃ンサキャパシタをコンデンサＣ０と０２で表 す。例えば、Ｃ□が図１のプレート４２Ｂと４３Ｂ間のキャパシタンスであυ、 そしてＣ２がプレート４８Ｂと４９Ｂのキャパシタンスに該当する。

基準電圧電源ＶＲ、すなわち１０２が、入力ライン１０３を介して励起制御用演 算増幅器１０４に接続される。前記増幅器の出力ライン１０５を経由して、ＣＭ ＯＳスイッチネットワーク１０６に電圧が供給される。このＣＭＯＳスイッチネ ットワーク１０６は、標準設計の４０６９　シリーズＣＭＯＳネットワークの３ 分の１に相当する。ライ／１ｏ５上の電圧（ｖＤＤ）がＣＭＯＳネットワークの ［［電圧で、インバータ１１１の出力２イン１１０と、インバータ１１３の出力 ライン１１２との間に接続されたキャパシタＣ０とＣ２が前記ＣＭＯＳネットワ ーク１０６の負荷になる。

キャパシタＣ１と０８は、図示のように、ライン１１０と１１２との閾に直列に 接続され、これにキャパシタＣ□、すなわち１１６が並列に接続される。共通の 出方ライン１２０でハイインビーダン、スＡＣ増幅器１２２０入力端にＡＣ信号 が送られる。このＡＣ増ｌｌ＠器は、出力ライン１２４にその出力電圧が発生す るように、そのゲインが設定される。２イン１２４のこの出力電圧信号は増幅さ れた交流信号で、これがキャパシタ１２５を経由して復ｍｅ１２６に入力される 。

この実施例における復調器は、４０６６シリーズチツプの半分を利用した４０６ ６シリ一ズＣＭＯ８復ｐ４器で、これは第１トリガゲート１２８と第２トリガゲ ート１３０とを備えている。それぞれのゲートが、出力ライ／１２４から入力さ れる矩形波の第１相、ｔｌｃ２相をそれぞれ代表する出カイη号を発生する。ゲ −）　１２８からのトリガゲート出方はスイッチングネットワーク１０６のイン バータ１１１の入力ライン１３１　Ｋ印加され、トリガゲート１３０からのトリ ガゲート出力はインバータ１１３０入カライン１３２に加えられる。

復調器１２６の出力Ｖ。ｕｔ　は直流信号、ライン１３５と１３６との間に現れ る。

集積回路ＣＭＯＳスイッチネットワークは、その電流消費量がライン１１０と１ １２との間のキャパシタ負荷に正比例する特性を備えているので、ライン１４０ の電流ｌは、つぎの値と比例関係になる。

この電流は、Ｒ１で表現された抵抗１４１、ライン１４２を経由して基準電源１ ０２に流れる。Ｒ１の電圧降下がライン１４４上の帰還電圧として検出され、Ｃ ＭＯ８回路作動電圧を供給する演算、増幅器１０４の第２人力にフィードバック される。こうしてスイッチネットワーク１０６に印加される電圧が変化すると共 に、ライン１２０上の信号もこれに比例して変化する。したがって、キャパシタ Ｃ！とＣ２の容量変化に伴なう出力フィｙ１４００［４の変化が、出力電圧に反 映される。

これを数学的な解析で示すとつぎの通９４である。

１　＝Ｋ　（ＣＡ十ＣＳ）　Ｖ、、ｆ こ＼で■　はライン１１０　、１１２間の電圧、ｆはこの電圧のｐ 周波数、人は定数、その他の記号は図６に示す通シである。

式（Ｃ□＋ＣＥＩ）は、オイル密ＩｆＯ関数であり、Ｃ□をＣ８にほぼ等しくな るように選定すると、この式の値は１００ＯＦ　あたり約６Ｘ変化してオイル密 度の変化に対する補正がなされる。またＣ、０１：　ｇ”　なので、Ｃ８は１０ ０°Ｆ　あたり約１２Ｘ変化することが、このことから読み取られる。それ故に 、もしＣ□ζＣ８ならば、（Ｃ□十〇ｓ）の値は１．００°Ｆ　当たり約６Ｘ変 化するであろり。

差圧信号を生成する３番目の、かつ有利な方法は、別の定数に′、とに／２を選 定し、これらをそれぞれ１／に１，１／に、に等しく設定することである５、こ うするとセンナの出力は、次のよりになる。

（３）　Ｚ、＝　Ｋ’　、・Ｘ、−に’、・為係数１／ＫＩＣ置き換え、Ｘｌ、 Ｘｌの値を前の式のままにするとつぎのようｉてなる。

ＸＩ　Ｘｌ　Ｋｌ（Ｐ　Ｐ３）　Ｋｔ（Ｐ　Ｐ４）２３＝−−−＝、−２１１− に、　ＫｔＫ、　Ｋ。

＝　ｐ　−ｐ　＋　ｐ４−　ｐ、＝　ｐ、−ｐ、＝　ａｐ差圧に関する前人（３ ）は、充填圧力Ｐ１　ならびにＫｈＫ、間の整合には全く関係しない。

この式を基本式として利用し、ＪＰ＝０のと１　ｚ、＝　ｏとなるよう回路定ａ ＫＸとに、とを！ｉ１１整する。こりすることによシ、ダイヤフラム組合せ構造 体が通常の製作許容誤差の範囲内で不整合であっても、センサの出力はオイルの 膨張・収縮に起因する零点ないしスパンエラーを示さなくなるであろう。すなわ ち、充填オイルのｙｅ脹に起因して回路出力に及ぼされる、零点の温度係数およ びスパンの温度係数の影響は−ｉ＃無になるであろう。

図７，８および図９にセンサ素子の好ましい実施様態を示す。これは、上記の式 （３）に基づいてダイヤフラムのたわみを検出するのに、ストレンゲージを応用 したものである。

この発明の前掲の実施嫌悪の各圧力セ／す素子を変形し、各差圧検出素子１６０ を剛体のパイレックスまたはガラスの基板１６１、および一体構成のダイヤ７５ ム組合せ構造体１６２を用いて形成し、前記ダイヤフラム組合せ構造体１６２を 、基板の周辺部１６３で剛体基板１６１の上面に気密に溶着して、密閉された中 心部領域を形成させたものである。この発明のこの実施様態におけるダイヤプラ ム組合せ構造体１６２は、パイレックスないしガラス基板１６１とは異質の材料 である。シリコン製で、外縁１６４を備え、その中央のダイヤフラム構成体１６ ５をかなシ薄＜シ、圧力を受けてたわむようにしである。

ダイヤフラム組合せ構造体１６２ｔたはガラス基板１６１の何れかの、中央のダ イヤフラムの真下に浅い凹部な設けると、例えば、もしキャパシタ方式検出法を 採用するとしても、ダイヤプラムに対向するキャパシタプレートをガラス基板１ ６１上に形成できるので好都合である。この浅い凹部な設けることは、陽極結合 （ａｎｏｄｉｃ　ｂｏｎｄ）　を利用して周縁を良好にシールするのにも役立つ ことである。

ストレンゲージ抵抗ブリッジをダイヤフラムの上面１６７に形成してダイヤプラ ムの動きを測定する。

各素子の基板１６１には貫通した中央通路１６８を備え、第１の圧力検出素子（ 第９図では上側のもの）の中央通路１６８の端部で、連結管１７０を基板１６１ に、ガラス７リツトを用いる等の適当な方法により、その下側面に固着して、そ の内部通路１７２を基板の通路１６８に揃える。

連結管１７０の他端を基板１６１を含む第１圧力検出素子と同様に構成された、 第２の圧力検出素子１６０に溶接する。この第２圧力検出素子は、その基板１６ １の、連結管１７１と反対側の面上に固着されたダイヤフラム組合せ構造体１６ ２を備えている。中央のダイヤフラム構成体１６５が通路１６８の上にかぶさシ 、感知しようとしている圧力が加わりたときＫたわむであろ５゜ ２つのセンナ素子１６０と連結管１７０とで差圧検出素子組合せ体１７５が形成 され、それは適当なケース１７６内に装着される。ケース１７６は、図示のよう に、中央の仕切９板ないし支持板１７７を備え、これがケースを、その中央でケ ースセクシ１７１７８と１７９とに区画する。☆セクションは、板１７７の外縁 に近いところで、例えば溶接等の手法で、ケースセクションの側壁を板１７７に 固着することにより、その外壁が板１７７に固定される。

ケースのセフシラン１７８　、１７９の外壁が、チャンバ−１８０と１８１とを それぞれ形成し、それぞれ圧力センナ素子１６０を取り囲む。各チャ／バー１８ ０　、１８１は各チャンノ（−に加圧流体を導入するだめの開口部を備えている 。連結管１７０の外表面は、それが板１７７の開口を貫通した個所で、支持板１ ７７に対してシールされるので、チャンノＪ−１８０と１８１とｉｔ相互によく 隔絶され、各チャ／バー内の液圧相互は絶縁される。

シリコンオイルであるのが望ましい、適当な非圧縮性流体を通路１６８　、１７ ２内に導入し、もろいダイヤフラム構成体１６５が僅かにたわんで、その下に、 図示のようにチャンノく−１８３、１８４が形成されるに十分な初期充填圧（Ｐ ）にまで、その圧力を上げる。

ダイヤスラム組合せ構造体にオイルが充溝してチャンノ（−１８３、１８４が形 成されている状態で、チャンバー１８０と１８１の圧力差が生じると、ダイヤプ ラム構成体１６５の一方は内向きに、また他方は外向きにたわむ。図７では、こ のようなたわみが誇張して描かれているが、ダイヤフラムはシリコンのようなも ろい材料製なので、実際のたわみは極く僅かに過ぎない。

凹部をダイヤフラム傳成体の下、剛体基板上１６１に極く浅く投け、また、ダイ ヤフラムと凹部面との僅かな間隔にキャパシタセンナを備えるか、もしくは凹部 を設けずにダイヤフラムと基板面１６１とを僅か離しても、前記の等式で説明し たように十分正確に機能する。しかし、組み立てたときは、ダイヤフラム構成体 と基板１６１とが事実上＊触するであろう。

この発明のこの実施様態では、典型例として図８にダイヤフラムの外面１６７の 一部の概要を示したように、シリコン（または他の半導体）からなるダイヤフラ ムの面上に、その中心軸と外周との間に抵抗ブリッジ１９０Ａが周知の方法で形 成される。ここで、図７に示したダイヤフラムが円形である必要はなく、通常は 、パラチェ穆で容易に製作できるよう矩形でおることが多いことに留意すべきで あろう。

基板が剛体であるので、グイヤ７ツム部材１６５だけがたわむ、すなわち、各セ ンナ素子において、グＶ−）の一方だけが他方に対して動く。この構成はまた、 セ／す素子を構成するプレート（電極）の一方のみが、他方に対して１位するよ うな、容量臘セ／すにも適用できる。図８に示すように、抵抗ブリッジ１９０人 が、ダイヤ７″）ム上の４個の抵抗１９１゜１９２、　１９３．　１９４で構成 され、その中、２個の抵抗はダイヤフラムの外向きのたわみに際して圧縮され、 また他の２個の抵抗は引張られて、ブリッジの出力を太きくする。

ブリッジを付勢するための入力電圧（ｖＦ、）用に適したリード１９５と１９６ が設けられ、またブリッジの出力電圧用にリード１９７と１９８とが設けられて いる。

同じプリクジが各ダイヤフラム構成体１６５にそれぞれ形成されるが、リードは 図７に示すように、それぞれのケースセクション１７８　、１７９の適当にシー ルした孔を貫通して引き出せばよい。ここにはリードが１本しか描かれていない が、ブリッジの電源用と出力用との電線がそれぞれに設けられる。

因９は、図７のセンナ素子の両ダイヤプラム用のブリッジの概要を示した回路図 で、解析の便宜上、各ブリッジを１９ＯＡと１９０Ｂでそれぞれに示す。＋ｖ、 、Ｖ、ｂＸ電源電圧、ｖ５１と外、がブリッジの出力電圧である。

各ブリッジの出力電圧は、ブリクジオペレージ１ン増幅器２００、　２０１にそ れぞれに供給される。等式（３）で定まる＠Ｋ”定数がそれぞれの１幅器のフィ ードバック抵Ｋ　２０２．　２０３によって与えられる。これらの抵抗は、それ ぞれＲ１，＆であられされ、下記の等式に用いるためのものである。一方のセン ナ素子のに定数と他方のそれとの差を調整するには、馬だけしか必要としない。

また、抵抗値Ｒ８とＲ１とは実質的には同一である。なぜならば、各センナ素子 が、その製造ばらつきの範囲内で実質的に同一であるからである。

各ブリッジの出力電圧が差動増幅器２００と２０１の入力にそれぞれ供給され、 各増幅器それぞれの一方の端子がそれぞれ抵抗２０４．　２０５（抵抗値がいず れも同一であり、以下の等式ではＲｏで表示する）を経由して共通回路に接続さ れる。

各増幅器２００．２０１の出力側には、回路の解析の目的のためにＲ，で示した 、同一値の抵抗２０６．　２０７が設けられ、これらの抵抗２０６．　２０７の 、増幅器２００．　２０１と反対側の端子はいずれも第３の増幅器２１００入力 端子に接続される。この増幅器２１０の端子の一つは抵抗２１１を峰由して共通 回路に接続され、また他の入力端子と増＠器２１０の出力端子との間には、フィ ードバック抵抗２１２が接続される。抵抗２１１と２１２は、その懐が抵抗２０ ６．　２０７と等しいので、等式中では、すべてＲ８で火水されるであろう。

各ブリッジＩＣＪＱＡ、　１９０Ｂに含まれる抵抗は、互いにその値が等しく、 電源電圧も同一でおる。セ／す索子を組み立て、各ダイヤプラム上のブリッジ回 路を作動させたとき、ダイヤプラムにまだオイルが充填されておらず、各ダイヤ プラムの間隔がいずれも等しく零の状、＠　（または前述したよりに、僅力・な 隙間の状態）で、各ブリッジの出力電圧ｖｂ（ｖｂＩ、■５１）がいずれも零と なるように、ブリッジ抵抗を調整する。

すなわち ■ｂ−ｃ　ｏ　、　＠　Ｘ、＝　ｘｔ＝　。

こＸで、Ｘ、とＸ、は、それぞれ該当したセンナ素子のダイヤフラム１６５と基 板間の間隔である。この状態では、■、□はＸｌに、またｖ６．が為にそれぞれ 比例し、また、各ブリッジのブリッジ電圧はｖｂＩおよびｖｂＩに等しい。

前記の式（３）の解析によれば、下記の関係が成立する。

前述したように、抵抗２０２と２０３によって定数Ｋが与えられるので、可変抵 抗２０２を！ｉＩｎし、ダイヤフラムによるチャンバーと通路１６８　、１７２ にオイルが充填された後、差圧が零のとき、出力電圧Ｚ４が零になるようにする 。これは下記の状態に相当する。

’；ｌ、、−Ｑ　、・Ｐ、＝Ｐ。

図９において、抵抗２０２．　２０３．　２０４．　２０５がそれぞれ等しくな るように選定すると、 Ｒｏ＝馬＝Ｒ１ でおる。また、前述のように、抵抗２０６．　２０７．　２１１．　２１２もそ れぞれ等しく、その値はＲ８である。

この関係に従い、各ブリッジ１９０Ａ、　１９０１のブリッジ抵抗を”ｂ３．Ｒ ｂ＝に等り、　くなるよう設定すると、下記の関係が成立する。

それ故にこれは、Ｋ′１がＲ１に等しく、またに′、がＲ８に等しいとき、式（ ３）でめられた所望の出力に該当するものである。

ここに概畳を示したよりに、この発明に基づく装置は、１枚のグレートのたわみ で機能しく図７に示した様態においては、これは製造が遥かに容易なので有利で ある）、シかもストレンゲージを用いても、キャパシタ方式セ／すと同様に嵐好 に機能することが分かる。

ここでは、この発明を、好ましい実施様態を参照して説明したが、当該技術の専 門家は、この発明の趣旨から逸脱することなく、形状と細部を変更可能であるこ とに気づかれることであろう。

国際調査報告 １−ＩＮｌ１１６−ｈｏｏ＋１．、ｍｎ　ｓｏ、　ＰＣＴ／ＵＳ８５１０１９３ ２

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．１対のプレートが、その対向面同士をほぼ接触するよううに配置して組み合 わされ、前記プレート間に第１の封止チヤンバーを形成するように構成された圧 力検出素子において、前記プレートの少なくとも一方に形成され、前記プレート 間に形成された第１チヤンバーに、前記プレートを貫通して開口した開口部， 第１チヤンバーと流体的に連通する第２の流体チヤンバーを形成する手段， 前記プレート間に形成された前記第１チヤンバー内に充填された実質上非圧縮性 の流体、 前記第１チヤンバー内が基準圧力のとき、プレートの少なくとも一方を他方に対 して、所望量だけ相対的にたわませるように、前記第１チヤンバーに充填された 前記非圧縮性流体に圧力を及ぼす、前記第２チヤンバーと組合せられた手段，前 記プレートの少なくとも一方の外面に測定対象圧力を印加する手段，および 前記少なくとも１つのプレートの相対的たわみ運動を測定するため、前記少なく とも１つのプレートと組合せた手段を具備した圧力検出素子。
2. ２．第２チヤンバーが、実質上非圧縮性の流体で充填された請求の範囲第１項記 載の圧力検出素子。
3. ３．第２チヤンバーが、静止状態では非圧縮性流体にほぼ一定の圧力を与える請 求の範囲第１項記載の圧力検出素子。
4. ４．前記第２チヤンバーが、最初に述べた２枚のプレートとほぼ同一構造の、２ 枚の第２のプレートで形成され、前記第２の２枚のプレートが、これを組合わせ て第２チヤンバーを構成するよう形成されるとともに、連結管が前記第１および 第２チヤンバーを連結した請求の範囲第２項記載の装置。
5. ５．たわみ運動を測定するための前記手段が、前記プレートの相互間隔に依存す るキヤパシタンスを持つた可変キヤパシタを形成するように、前記各プレートの 対向面上に形成された電極手段を備えた請求の範囲第１項記載の装置。
6. ６．たわみを測定する前記手段が、前記少なくとも１枚のプレートのたわみを示 す出力を発生するストレーンゲージ手段よりなる請求の範囲第１項記載の装置。
7. ７．前記プレートの少なくとも１枚が、シリコン、石英、ガラス、サフアイヤ、 およびセラミツク材料から成るグループの中の一つの材料から構成された請求の 範囲第１項の装置。
8. ８．連結管が剛体管であり、かつ第１および第２チヤンバーをそれぞれ形成する プレートの一つを、該連結管に結合し、前記プレートを前記連結管上に物理的に 支持する手段を有する請求の範囲第４項記載の装置。
9. ９．第１チヤンバーを形成する各プレートが構造的にほぼ同一で、かつその周縁 において合体して形成された請求の範囲第１項記載の装置。
10. １０．第１および第２センサ部を備えた差圧センサ組合せ体において、 それぞれ１対のプレートを備えた前記第１および第２センサ部であつて、該プレ ートの少なくとも１方がもろい物質であり、また第１，第２センサ部の何れにお いても、前記各プレートが、初期状態においては、それぞれの第１面同士が相互 にほぼ接触した状態で、その外周線沿いに一体にシールされ、また前第１面の一 部は、各センサ部を構成するプレートの少なくとも一方を、同一センサ部の他方 のプレートに対して相対的に運動自在として、第１および第２チヤンバーを形成 させるため、結合されていない、前記第１および第２センサ部， 前記第１および第２チヤンバーをそれぞれ連結する流体連通機構， 前記第１および第２チヤンバーならびに前記連通機構に充満する、適量の実質上 非圧縮性の流体，および各センサ部を形成するプレートを動かそうとする圧力を 、各センサ部のプレートの少なくとも１方に印加自在とするケース機構であつて 、各センサ部に作用する圧力が、少なくとも時々は、他方のセンサ部に作用する 圧力と相違し、これによつて非圧縮性流体が、他方のチヤンバーから一方のチヤ ンバーへ押し込まれ、前記センサ部の一方のプレートの曲げストレスを増大させ るとともに、他方のセンサ部のプレートの曲げストレスを減少させるようなケー ス機構を具備し，センサ組合せ構成体の一方のセンサ部を形成する何れかのプレ ートのストレスが過度のレベルに達する前に、前記他方のセンサ部のチヤンバー を形成するプレートの第１および第２面同士が実質上接触した状態になる差圧セ ンサ組合せ体。
11. １１．センサ構成部の各プレート間の間隔が、検出装置を介して検出され、Ｘ１ ，Ｘ２をそれぞれ前記の間隔、Ｚを、前記差圧を表す出力信号としたとき， 前記検出装置が実質上 Ｚ＝（Ｘ１−Ｘ２）／（Ｘ１＋Ｘ２） であらわされる出力信号を発生する請求の範囲第１０項記載の装置。
12. １２．前記間隔をＸ１，Ｘ２，また差圧を示す出力信号をＺとし、そしてＫ１， Ｋ２を、差圧がほぼ零のともＺをほぼ零に等しくするように設定された定数とし たとき、実質上Ｚ＝Ｋ１・Ｘ１−Ｋ２・Ｘ２ であらわされる出力信号を発生する装置によつて、センサ構成部のプレート間隔 が検出される請求の範囲第１０項記載の装置。
13. １３．各センサ構成部の対向面の間隔の差をキヤパシタ方式で測定可能とする、 前記各センサ構成部の各プレートの前記対向面上に設けられたキヤパシタ電極機 構をさらに有する請求の範囲第１０項記載の装置。
14. １４．センサ構成部のキヤパシタ電極によつて形成されたキヤパシタの直列キヤ パシタンスを表す信号を発信させるため、各センサ構成部のキヤパシタ電極機構 に接続された回路装置を有する請求の範囲第１３項記載の装置。
15. １５．第１および第２センサ構成部の対向面上の電極によつて形成された、第１ および第２のキヤパシタからなるキヤパシタに並列接続された第３のキヤパシタ 、ならびに第３のキヤパシタのキヤパシタンスをＣＡ，第１および第２のキヤパ シタの直列キヤパシタンスをＣＳとし、ＣＡをＣＳにほぼ等しく選定したとき、 関数（ＣＡ＋ＣＳ）に関連した出力電圧を発生させる回路手段を有する請求の範 囲第１３項記載の装置。
16. １６．第１，第２センサ構成部を形成する前記プレートが、それぞれ同一材料製 であり、かつ該材料が、限定された引張強度特性を持つ請求の範囲第１０項記載 の装置。
17. １７．前記プレートが、１，０００ないし５０，０００ｐｓｉの引張強度を持つ 材料製である請求の範囲第１６項記載の装置。
18. １８．前記ケース機構が、第１，第２センサ構成部をそれぞれに収容した第１， 第２ケースチヤンパー、およびケースの面を対向させて第１，第２ケースチヤン パー間に形成した分離チヤンパーで構成され、さらに第１，第２センサ構成部で 検出される第１，第２ケースチヤンパー内のライン静圧の大きさを示すキヤパシ タンス信号を発生するための、ケース対向面上に形成されたキヤパシタ方式補正 値検出電極を備えた請求の範囲第１０項記載の装置。
19. １９．前記ケース機構が、センサ構成部に作用するライン静圧の関数としてたわ むケース面、および第１，第２センサ構成部に作用するライン静圧の大きさを示 す信号を発生させるため、該ケース面のたわみを測定する手段を備えた請求の範 囲第１０項記載の装置。
20. ２０．前記の流体連通機構が剛体の連結管であり、かつ該剛体連結管の両端上に 第１，第２センサ構成部を物理的に支持する手段でもあり、また、前記連結管は 第１，第２両チヤンバーに開口した中央通路を備えてい請求の範囲第１０項記載 の装置。
21. ２１．前記ケース機構上に第１連結管機構を物理的に支持するための手段をさら に有する請求の範囲第２０項記載の装置。
22. ２２．圧力検出トランスジユーサの温度変化に関係した誤差を補正する信号を発 生させるため、ケース機構上に装着した抵抗式温度検出素子をさらに有する請求 の範囲第１０項記載の装置。
23. ２３．第１および第２センサ構成部を備えた差圧センサ組合せ体にかいて、 初期状態では、対向した第１面同士がその面にそつてほぼ相接触する１対のプレ ート機構でそれぞれ構成され、該プレート機構は、チヤンバーを形成するように 周縁部を取り巻いて互いにシールされているが、各対のプレートの前記第１面の 大部分は結合されておらず、これにより、第１および第２チヤンバーを形成する 各センサ構成部を構成する各プレートが相対運動可能とされた前記第１，第２セ ンサ構成部，前記第１，第２センサ構成部をそれぞれ連結するための流体連通手 段， 前記第１，第２チヤンバーおよび前記連通手段に充満する、適量の実質的に非圧 縮性の流体、および各センサ構成部に作用する圧力が、少なくとも時々は、他方 のセンサ構成部に作用する圧力と相違し、その結果、非圧縮性流体が他方のチヤ ンバーから一方のチヤンバーに押し込まれることにより、前記一方のセンサ構成 部ではプレートの曲げストレスが増大し、また他方のセンサ構成部ではプレート の曲げストレスが減少するように、各センサ構成部に個別の圧力信号を供給し、 これによつてセンサ構成部の各プレートを共に移動させるようなケース機構を具 備し、前記他方のセンサ構成部は、一方のセンサ構成部のチヤンバーを形成する 各プレートのストレスが過大になる前に、該センサ構成部のチヤンバーを形成す る各プレートの第１および第２面が事実上相接触する状態になり，前記第１，第 ２センサ構成部それぞれの前記第１，第２チヤンバーは、各センサ構成部に同大 な外部圧力が加わつているときにはほぼ等しい容積であり、また各センサ構成部 を形成する１対のプレートの間隔が、各センサ構成部の中心から等しい半径部分 においては他方のセンサ構成部のプレート間隔とほぼ同大であるような差圧セン サ組合せ体。
24. ２４．一方のセンサ構成部のプレートの少なくとも１つの、該センサ構成部の他 方のプレートに対する相対的なたわみを測定する手段を有する請求の範囲第２３ 項記載の圧力センサ。
25. ２５．流体連通機構の内容積が、前記第１，第２チヤンバーに充填された流体の 体積よりも実質的に小である請求の範囲第２３項記載の装置。