KR101513813B1 - 차압 센서 - Google Patents

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KR101513813B1
KR101513813B1 KR1020130143927A KR20130143927A KR101513813B1 KR 101513813 B1 KR101513813 B1 KR 101513813B1 KR 1020130143927 A KR1020130143927 A KR 1020130143927A KR 20130143927 A KR20130143927 A KR 20130143927A KR 101513813 B1 KR101513813 B1 KR 101513813B1
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다츠오 다나카
요시유키 이시쿠라
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아즈빌주식회사
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Abstract

본 발명은 센서 칩의 접합부의 박리를 방지하는 것을 목적으로 한다.
센서 칩(11)의 한쪽 면에 센서 베이스(13-1)를 접합하고, 다른쪽 면에 센서 베이스(13-2)를 접합한다. 도압관(14-1)의 일단을 센서 베이스(13-1)의 연통 구멍(13-1a)에 삽입 고정하고, 도압관(14-1)의 타단을 배리어 베이스(12-2)의 도압로(12-2b)에 삽입 고정한다. 도압관(14-2)의 일단을 센서 베이스(13-2)의 연통 구멍(13-2a)에 삽입 고정하고, 도압관(14-2)의 타단을 배리어 베이스(12-3)의 도압로(12-3b)에 삽입 고정한다. 도압관(14-1)의 관로(14-1a)를 봉입실의 일부로 하여 유체 압력 P1을 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면으로 유도하는 압력 전달 매체(16-1)를 봉입한다. 도압관(14-2)의 관로(14-2a)를 봉입실의 일부로 하여 유체 압력 P2를 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면으로 유도하는 압력 전달 매체(16-2)를 봉입한다. 배리어 베이스(12-2, 12-2)에 링형의 홈(12-2d, 12-3d)을 형성한다.

Description

차압 센서{DIFFERENTIAL PRESSURE SENSOR}
본 발명은, 압력차에 따른 신호를 출력하는 센서 다이어프램을 이용한 차압 센서에 관한 것이다.
종래부터, 공업용 차압 센서로서, 압력차에 따른 신호를 출력하는 센서 다이어프램을 이용한 차압 센서가 이용되고 있다. 이 차압 센서는, 고압측 및 저압측의 수압 다이어프램에 가해지는 각 측정압을, 압력 전달 매체로서의 봉입액에 의해 센서 다이어프램의 한쪽 면 및 다른쪽 면으로 유도하여, 그 센서 다이어프램의 왜곡을 예컨대 왜곡 저항 게이지의 저항치 변화로서 검출하고, 이 저항치 변화를 전기 신호로 변환하여 취출하도록 구성되어 있다.
이러한 차압 센서는, 예컨대 석유 정제 플랜트에서의 고온 반응탑 등의 피측정 유체를 저장하는 밀폐 탱크 내의 상하 2위치의 차압을 검출함으로써, 액면 높이를 측정할 때 등에 이용된다.
도 3에 종래의 차압 센서의 개략 구성을 나타낸다. 이 차압 센서(100)는, 센서 다이어프램(도시하지 않음)을 갖는 센서 칩(1)을 미터보디(2)에 내장하여 구성된다. 센서 칩(1)에서의 센서 다이어프램은, 실리콘이나 유리 등을 포함하며, 박판형으로 형성된 다이어프램의 표면에 왜곡 저항 게이지가 형성되어 있다. 미터보디(2)는, 금속제의 본체부(3)와 센서부(4)를 포함하며, 본체부(3)의 측면에 한쌍의 수압부를 이루는 배리어 다이어프램(수압 다이어프램)(5a, 5b)이 설치되고, 센서부(4)의 센서실(4a) 내에 센서 칩(1)이 설치되어 있다.
미터보디(2)에 있어서, 센서실(4a) 내에 설치된 센서 칩(1)과 본체부(3)에 설치된 배리어 다이어프램(5a, 5b) 사이에는, 대직경의 센터 다이어프램(6)에 의해 격리된 압력 완충실(7a, 7b)을 개재하여 각각 연통되고, 센서 칩(1)과 배리어 다이어프램(5a, 5b)을 연결하는 연통로(8a, 8b)에 실리콘 오일 등의 압력 전달 매체(9a, 9b)가 봉입되어 있다.
또한, 실리콘 오일 등의 압력 매체가 필요하게 되는 것은, 센서 다이어프램에 대한 계측 매체 중의 이물 부착을 막는 것, 센서 다이어프램을 부식시키지 않기 위해, 내식성을 갖는 수압 다이어프램과 응력(압력) 감도를 갖는 센서 다이어프램을 분리할 필요가 있기 때문이다.
이 차압 센서(100)에서는, 도 4의 (a)에 정상 상태시의 동작 양태를 모식적으로 나타낸 바와 같이, 프로세스로부터의 측정압 P1이 배리어 다이어프램(5a)에 인가되고, 프로세스로부터의 측정압 P2가 배리어 다이어프램(5b)에 인가된다. 이에 따라, 배리어 다이어프램(5a, 5b)이 변위하여, 그 가해진 압력 P1, P2가 센터 다이어프램(6)에 의해 격리된 압력 완충실(7a, 7b)을 개재하여, 압력 전달 매체(9a, 9b)를 통해서, 센서 칩(1)의 센서 다이어프램의 한쪽 면 및 다른쪽 면으로 각각 유도된다. 그 결과, 센서 칩(1)의 센서 다이어프램은, 그 유도된 압력 P1, P2의 차압 ΔP에 해당하는 변위를 나타내게 된다.
이에 비해, 예컨대, 배리어 다이어프램(5b)에 과대압(Pover)이 가해지면, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 배리어 다이어프램(5b)이 크게 변위하고, 이것에 따라서 센터 다이어프램(6)이 과대압(Pover)을 흡수하도록 변위한다. 그리고, 배리어 다이어프램(5b)이 미터보디(2)의 오목부(10b)의 바닥면(과대압 보호면)에 착저(着底)하여, 그 변위가 규제되면, 배리어 다이어프램(5b)을 개재한 센서 다이어프램으로의 그 이상의 차압 ΔP의 전달이 저지된다. 배리어 다이어프램(5a)에 과대압(Pover)이 가해진 경우도, 배리어 다이어프램(5b)에 과대압(Pover)이 가해진 경우와 마찬가지로, 배리어 다이어프램(5a)이 미터보디(2)의 오목부(10a)의 바닥면(과대압 보호면)에 착저하여, 그 변위가 규제되면, 배리어 다이어프램(5a)을 개재한 센서 다이어프램으로의 그 이상의 차압 ΔP의 전달이 저지된다. 그 결과, 과대압(Pover)의 인가에 의한 센서 칩(1)의 파손, 즉 센서 칩(1)에서의 센서 다이어프램의 파손이 미연에 방지된다.
이 차압 센서(100)에서는, 미터보디(2)에 센서 칩(1)을 내포시키고 있기 때문에, 프로세스 유체 등 외부 부식 환경으로부터 센서 칩(1)을 보호할 수 있다. 그러나, 센터 다이어프램(6)이나 배리어 다이어프램(5a, 5b)의 변위를 규제하기 위한 오목부(10a, 10b)를 구비하고, 이들에 의해서 센서 칩(1)을 과대압(Pover)으로부터 보호하는 구조를 취하고 있기 때문에, 그 형상이 대형화되는 것을 피할 수 없다.
따라서, 센서 칩에 제1 스토퍼 부재 및 제2 스토퍼 부재를 설치하고, 이 제1 스토퍼 부재 및 제2 스토퍼 부재의 오목부를 센서 다이어프램의 한쪽 면 및 다른쪽 면에 대치시킴으로써, 과대압이 인가되었을 때의 센서 다이어프램의 과도한 변위를 저지하고, 이것에 의해 센서 다이어프램의 파손ㆍ파괴를 방지하는 구조가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
도 5에 특허문헌 1에 나타낸 구조를 채택한 센서 칩의 개략을 나타낸다. 도 5에 있어서, 도면 부호 11-1은 센서 다이어프램, 도면 부호 11-2 및 11-3은 센서 다이어프램(11-1)을 사이에 두고 접합된 제1 및 제2 스토퍼 부재, 도면 부호 11-4 및 11-5는 스토퍼 부재(11-2 및 11-3)에 접합된 대좌이다. 스토퍼 부재(11-2, 11-3)나 대좌(11-4, 11-5)는 실리콘이나 유리 등에 의해 구성되어 있다.
이 센서 칩(11)에 있어서, 스토퍼 부재(11-2, 11-3)에는 오목부(11-2a, 11-3a)가 형성되어 있고, 스토퍼 부재(11-2)의 오목부(11-2a)를 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면에 대치시키고, 스토퍼 부재(11-3)의 오목부(11-3a)를 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면에 대치시키고 있다. 오목부(11-2a, 11-3a)는, 센서 다이어프램(11-1)의 변위를 따르는 곡면(비구면)으로 되어 있고, 그 꼭대기부에 압력 도입 구멍(도압(導壓) 구멍)(11-2b, 11-3b)이 형성되어 있다. 또, 대좌(11-4, 11-5)에도, 스토퍼 부재(11-2, 11-3)의 도압 구멍(11-2b, 11-3b)에 대응하는 위치에, 압력 도입 구멍(도압 구멍)(11-4a, 11-5a)이 형성되어 있다.
이러한 센서 칩(11)을 이용하면, 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면에 과대압이 인가되어 센서 다이어프램(11-1)이 변위했을 때, 그 변위면 전체를 스토퍼 부재(11-3)의 오목부(11-3a)의 곡면에 의해 받친다. 또, 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면에 과대압이 인가되어 센서 다이어프램(11-1)이 변위했을 때, 그 변위면 전체를 스토퍼 부재(11-2)의 오목부(11-2a)의 곡면에 의해 받친다.
이에 따라, 센서 다이어프램(11-1)에 과대압이 인가되었을 때의 과도한 변위가 저지되고, 과대압의 인가에 의한 센서 다이어프램(11-1)의 의도하지 않은 파괴를 효과적으로 방지하여, 그 과대압 보호 동작 압력(내압)을 높이는 것이 가능해진다. 또, 도 3에 나타낸 구조에 있어서, 센터 다이어프램(6)이나 압력 완충실(7a, 7b)을 없애고, 배리어 다이어프램(5a, 5b)으로부터 센서 다이어프램(11-1)에 대하여 직접적으로 측정압 P1, P2를 유도하도록 하여, 미터보디(2)의 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.
이 미터보디(2)의 소형화를 도모한 구조에 있어서, 센서 칩(11)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 센서실(4a)에 수용되고, 그 센서실(4a)의 바닥면(벽면)(4b)에 대좌(11-5)를 접합함으로써 고정된다. 이 경우, 측정압 P1, P2를 받아, 그 측정압 P1, P2의 차압 ΔP에 따라서 센서 다이어프램(11-1)이 저압측으로 휘어진다. 이 휘어짐은, 센서 칩(11)의 센서실(4a)의 벽면(4b)과의 접합부를 향하는 것이 바람직하다. 역방향으로 휘어짐이 발생한 경우에는, 센서실(4a)의 벽면(4b)과의 접합부로부터 센서 칩(11)을 박리하는 경우가 생긴다. 센서실(4a)의 벽면(4b)과의 접합부 외주로부터 형성되는 면적 S와 측정압 P1과의 곱(SㆍP1)에 따른 힘 F1으로 접합부는 압박된다. 한편, 센서실(4a)의 벽면(4b)과의 접합부에 내포되고, 측정압 P2에 연결된 미접합 면적 X와 측정압 P2와의 곱(XㆍP2)에 따른 힘 F2로 접합부는 분리된다. 접합부가 단독으로 접합을 유지하는 힘 F3과 F1의 합계가, F2보다 항상 크지 않으면, 접합은 박리된다. 면적 S는 면적 X보다 그 정의상 크고, P1이 P2보다 크면, 접합부는 박리되지 않는다. 또 센서 칩(11) 내의 센서 다이어프램(11-1)과 스토퍼 부재(11-3)의 접합부 등에서도 동일한 관계가 된다. 이 때문에, 통상, 압력 P1을 받는 측을 고압측, 압력 P2를 받는 측을 저압측으로 정하여 사용된다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2005-69736호 공보
그러나, 이러한 센서 칩(11)의 구조에 있어서, 압력 P1과 압력 P2의 고저 관계가 역전될 수 있는 경우나, 압력 P1과 압력 P2의 고저 관계는 역전되지 않지만, 차압 센서를 현장에 설치할 때 작업자가 잘못하여 압력 P1측을 저압측, 압력 P2측을 고압측으로서 선택해 버리는 경우도 있어, 고압측ㆍ저압측을 정하는 것만으로는, 센서 칩(11)의 접합부(센서 칩(11)의 센서실(4a)의 벽면(4b)과의 접합부, 센서 칩(11) 내의 다층 구조의 접합부)의 박리를 방지할 수 없다.
본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 센서 칩의 접합부의 박리를 방지하는 것이 가능한 차압 센서를 제공하는 것에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 한쪽 면 및 다른쪽 면에 받는 압력차에 따른 신호를 출력하는 센서 다이어프램과, 센서 다이어프램의 한쪽 면에 그 둘레 가장자리부를 대면시켜 접합되고 그 센서 다이어프램의 한쪽 면으로 제1 유체 압력을 유도하는 제1 도압 구멍을 갖는 제1 유지 부재와, 센서 다이어프램의 다른쪽 면에 그 둘레 가장자리부를 대면시켜 접합되고 그 센서 다이어프램의 다른쪽 면으로 제2 유체 압력을 유도하는 제2 도압 구멍을 갖는 제2 유지 부재를 적어도 구비한 센서 칩과, 센서 칩을 수용하는 센서실과, 센서실의 제1 내벽면까지 제1 유체 압력을 유도하는 제1 도압로와, 센서실의 제1 내벽면과 대향하는 제2 내벽면까지 제2 유체 압력을 유도하는 제2 도압로를 갖는 센서 하우징을 구비한 차압 센서에 있어서, 센서 칩의 한쪽 면에 접합되고 제1 도압 구멍에 연통하는 제1 연통 구멍을 갖는 제1 접속 부재(제1 센서 베이스)와, 센서 칩의 다른쪽 면에 접합되고 제2 도압 구멍에 연통하는 제2 연통 구멍을 갖는 제2 접속 부재(제2 센서 베이스)와, 제1 접속 부재의 제1 연통 구멍에 그 일단이 삽입 고정되고, 센서 하우징의 제1 도압로에 그 타단이 삽입 고정된 제1 도압관과, 제2 접속 부재의 제2 연통 구멍에 그 일단이 삽입 고정되고, 센서 하우징의 제2 도압로에 그 타단이 삽입 고정된 제2 도압관을 구비하고, 제1 도압관의 관로를 봉입실의 일부로 하여, 제1 유체 압력을 센서 다이어프램의 한쪽 면으로 유도하는 제1 압력 전달 매체가 봉입되고, 제2 도압관의 관로를 봉입실의 일부로 하여, 제2 유체 압력을 센서 다이어프램의 다른쪽 면으로 유도하는 제2 압력 전달 매체가 봉입되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 센서 칩은, 제1 접속 부재와 제2 접속 부재 사이에 끼워져, 제1 접속 부재의 제1 연통 구멍에 그 일단이 삽입 고정된 제1 도압관을 통해서 제1 유체 압력을 받고, 제2 접속 부재의 제2 연통 구멍에 그 일단이 삽입 고정된 제2 도압관을 통해서 제2 유체 압력을 받는다. 즉, 제1 도압관의 관로를 봉입실의 일부로 하여 봉입된 제1 압력 전달 매체가 센서 다이어프램의 한쪽 면에 제1 유체 압력을 전달하고, 제2 도압관의 관로를 봉입실의 일부로 하여 봉입된 제2 압력 전달 매체가 센서 다이어프램의 다른쪽 면에 제2 유체 압력을 전달한다.
이 경우, 제1 도압관의 타단은 센서 하우징의 제1 도압로에 삽입 고정되고, 제2 도압관의 타단은 센서 하우징의 제2 도압로에 삽입 고정되어 있기 때문에, 제1 유체 압력과 제2 유체 압력의 압력의 고저 관계에 상관없이, 큰 차압이 생긴 경우라도, 그 차압에 의한 압박력에 의해, 센서 칩은 센서실의 제1 내벽면측, 또는 제2 내벽면측으로 압박된다. 이에 따라, 제1 유체 압력과 제2 유체 압력의 압력의 고저 관계가 역전되더라도, 센서 칩이 센서실의 내벽면측으로 반드시 압박되게 되고, 센서 칩의 접합부에 가해지는 압력이 완화되어, 센서 칩의 접합부의 박리를 피할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 제1 접속 부재는, 센서 칩의 한쪽 면과의 사이에 제1 연통 구멍으로 이어지는 개구가 넓은 제1 공간을 갖는 것으로 하고, 제2 접속 부재는, 센서 칩의 다른쪽 면과의 사이에 제2 연통 구멍으로 이어지는 개구가 넓은 제2 공간을 갖는 것으로 하면, 센서 칩은, 제1 접속 부재의 제1 공간 내의 제1 압력 전달 매체와 제2 접속 부재의 제2 공간 내의 제2 압력 전달 매체에 의해 양측으로부터 압축 방향으로의 힘을 받기 때문에, 센서 칩의 접합부의 박리가 억제되고, 내압성을 더 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 있어서, 센서 하우징은, 센서실의 제1 내벽면을 제공하는 제1 벽면 부재(제1 배리어 베이스)와, 센서실의 제2 내벽면을 제공하는 제2 벽면 부재(제2 배리어 베이스)를 구비하고, 제1 및 제2 벽면 부재는, 제1 및 제2 압력 전달 매체가 팽창 혹은 수축하여 그 매체의 용적이 변화한 경우에, 그 매체의 용적 변화에 의한 응력의 발생을 완화시키는 방향으로 변위하는 것으로 하면, 외부의 열이 센서 하우징을 개재하여 제1 압력 전달 매체나 제2 압력 전달 매체에 전도되어 온 경우, 이 제1 압력 전달 매체나 제2 압력 전달 매체의 팽창 수축에 의한 용적 변화를 제1 벽면 부재나 제2 벽면 부재의 자신의 변위에 의해 흡수한다. 이에 따라, 센서 칩의 접합면으로의 전단 방향이나 인장 방향의 열응력을 완화시켜, 고압시뿐만 아니라, 주위 온도가 변화한 경우에도, 센서 칩의 접합부의 박리를 피하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 있어서, 센서 하우징의 외주면에, 제1 유체 압력을 수압하여 제1 압력 전달 매체에 전달하는 제1 수압 다이어프램(제1 배리어 다이어프램)과, 제2 유체 압력을 수압하여 제2 압력 전달 매체에 전달하는 제2 수압 다이어프램(제2 배리어 다이어프램)을 설치하도록 하면, 제1 및 제2 유체 압력의 수압부와 센서 하우징의 일체화를 도모하여, 차압 센서의 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 센서 칩의 한쪽 면에 제1 접속 부재를 접합하고, 센서 칩의 다른쪽 면에 제2 접속 부재를 접합하고, 제1 접속 부재의 제1 연통 구멍에 그 일단을 삽입 고정한 제1 도압관의 타단을 센서 하우징의 제1 도압로에 삽입 고정하고, 제2 접속 부재의 제2 연통 구멍에 그 일단을 삽입 고정한 제2 도압관의 타단을 센서 하우징의 제2 도압로에 삽입 고정하고, 제1 도압관의 관로를 봉입실의 일부로 하여 제1 유체 압력을 센서 다이어프램의 한쪽 면으로 유도하는 제1 압력 전달 매체를 봉입하고, 제2 도압관의 관로를 봉입실의 일부로 하여 제2 유체 압력을 센서 다이어프램의 다른쪽 면으로 유도하는 제2 압력 전달 매체를 봉입하도록 했기 때문에, 제1 유체 압력과 제2 유체 압력의 압력의 고저 관계에 상관없이, 센서 칩이 센서실의 내벽면측으로 반드시 압박되도록 하여, 센서 칩의 접합부에 가해지는 압력을 완화시켜, 센서 칩의 접합부의 박리를 방지하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 차압 센서의 일실시형태(실시형태 1)의 주요부를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차압 센서의 다른 실시형태(실시형태 2)의 주요부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 종래의 차압 센서의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 이 차압 센서의 동작 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 특허문헌 1에 나타낸 구조를 채택한 센서 칩의 개략을 나타내는 도면이다.
도 6은 이 센서 칩을 미터보디의 센서실의 벽면에 접합한 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 도면에 기초하여 상세히 설명한다.
〔실시형태 1〕
도 1은 본 발명에 따른 차압 센서의 일실시형태(실시형태 1)의 주요부를 나타내는 단면도이다. 도 1에 있어서, 도면 부호 12는 센서 하우징이고, 원통형의 링보디(12-1)와, 원판형의 배리어 베이스(12-2, 12-3)로 구성되어 있다. 링보디(12-1) 및 배리어 베이스(12-2, 12-3)는 예컨대 스테인레스제로 되어 있다.
배리어 베이스(12-2)는 링보디(12-1)의 한쪽 개구면에 용접 접합되고, 배리어 베이스(12-3)는 링보디(12-1)의 다른쪽 개구면에 용접 접합되고, 링보디(12-1)의 내주면(12-1a)과 배리어 베이스(12-2, 12-3)의 내벽면(12-2a, 12-3a)에 의해 둘러싸인 공간이 센서실(12a)로 되어 있다. 이 배리어 베이스(12-2 및 12-3)가 본 발명에서 말하는 제1 및 제2 벽면 부재에 해당한다.
센서실(12a)에는 센서 칩(11)이 수용되어 있다. 센서실(12a)에 있어서, 센서 칩(11)의 한쪽 면(대좌(11-4)의 외측면)에는 센서 베이스(13-1)가 접합되어 있고, 센서 칩(11)의 다른쪽 면(대좌(11-5)의 외측면)에는 센서 베이스(13-2)가 접합되어 있다. 센서 베이스(13-1)는, 대좌(11-4)의 도압 구멍(11-4a)을 통해서 스토퍼 부재(11-2)의 도압 구멍(11-2b)에 연통하는 연통 구멍(13-1a)을 가지며, 센서 베이스(13-2)는, 대좌(11-5)의 도압 구멍(11-5a)을 통해서 스토퍼 부재(11-3)의 도압 구멍(11-3b)에 연통하는 연통 구멍(13-2a)을 갖고 있다. 이 센서 베이스(13-1 및 13-2)가 본 발명에서 말하는 제1 및 제2 접속 부재에 해당한다.
또, 센서실(12a)에 있어서, 센서 베이스(13-1)의 연통 구멍(13-1a)에 도압관(14-1)의 일단이 삽입 고정(접착 접합)되고, 이 도압관(14-1)의 타단이 배리어 베이스(12-2)에 형성된 도압로(12-2b)에 삽입 고정(용접 접합)되어 있다. 또, 센서 베이스(13-2)의 연통 구멍(13-2a)에 도압관(14-2)의 일단이 삽입 고정(접착 접합)되고, 이 도압관(14-2)의 타단이 배리어 베이스(12-3)에 형성된 도압로(12-3b)에 삽입 고정(용접 접합)되어 있다.
배리어 베이스(12-2)에는 도압로(12-2b)로 이어지는 오목부(12-2c)가 형성되어 있고, 이 오목부(12-2c)의 전면(前面)에 제1 수압 다이어프램(제1 배리어 다이어프램(금속 다이어프램))(15-1)이 설치되어 있다. 그리고, 이 제1 수압 다이어프램(15-1)의 배면측의 공간, 즉 배리어 베이스(12-2)의 오목부(12-2c) 및 도압로(12-2b), 도압관(14-1)의 관로(14-1a), 대좌(11-4)의 도압 구멍(11-4a), 스토퍼 부재(11-2)의 도압 구멍(11-2b) 및 오목부(11-2a)를 봉입실로 하여, 제1 압력 전달 매체(16-1)가 밀봉되어 있다.
배리어 베이스(12-3)에는 도압로(12-3b)로 이어지는 오목부(12-3c)가 형성되어 있고, 이 오목부(12-3c)의 전면(前面)에 제2 수압 다이어프램(제2 배리어 다이어프램(금속 다이어프램))(15-2)이 설치되어 있다. 그리고, 이 제2 수압 다이어프램(15-2)의 배면측의 공간, 즉 배리어 베이스(12-3)의 오목부(12-3c) 및 도압로(12-3b), 도압관(14-2)의 관로(14-2a), 대좌(11-5)의 도압 구멍(11-5a), 스토퍼 부재(11-3)의 도압 구멍(11-3b) 및 오목부(11-3a)를 봉입실로 하여, 제2 압력 전달 매체(16-2)가 밀봉되어 있다.
또, 이 차압 센서(200A)에 있어서, 배리어 베이스(12-2)의 수압 다이어프램(15-1)의 주위의 표리면에 대향하는 위치(링보디(12-1)의 두께와 겹치는 위치)에는 링형의 홈(12-2d1, 12-2d2)이 형성되어 있다. 또, 배리어 베이스(12-3)에도, 배리어 베이스(12-2)와 마찬가지로, 그 수압 다이어프램(15-2)의 주위의 표리면에 대향하는 위치(링보디(12-1)의 두께와 겹치는 위치)에 링형의 홈(12-3d1, 12-3d2)이 형성되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 센서 베이스(13-1, 13-2)는 스테인레스, 하스텔로이(등록상표), 티탄 등의 강재로 되어 있고, 도압관(14-1, 14-2)은 스테인리스강으로 되어 있고, 압력 전달 매체(16-1, 16-2)로는, 실리콘 오일 등의 저압축성 유체가 이용되고 있다.
이 차압 센서(200A)에서는, 수압 다이어프램(15-1)에 가해진 유체 압력 P1이 압력 전달 매체(16-1)를 개재하여, 배리어 베이스(12-2)의 도압로(12-2b), 도압관(14-1)의 관로(14-1a), 대좌(11-4)의 도압 구멍(11-4a), 스토퍼 부재(11-2)의 도압 구멍(11-2b)을 통과하여, 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면에 인가된다. 또, 수압 다이어프램(15-2)에 가해진 유체 압력 P2가 압력 전달 매체(16-2)를 개재하여, 배리어 베이스(12-3)의 도압로(12-3b), 도압관(14-2)의 관로(14-2a), 대좌(11-5)의 도압 구멍(11-5a), 스토퍼 부재(11-3)의 도압 구멍(11-3b)을 통과하여, 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면에 인가된다.
이 경우, 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면에 과대압이 인가되어 센서 다이어프램(11-1)이 변위했을 때, 그 변위면 전체를 스토퍼 부재(11-3)의 오목부(11-3a)의 곡면에 의해 받친다. 또, 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면에 과대압이 인가되어 센서 다이어프램(11-1)이 변위했을 때, 그 변위면 전체를 스토퍼 부재(11-2)의 오목부(11-2a)의 곡면에 의해 받친다.
이 차압 센서(200A)에 있어서, 센서 칩(11)은, 센서 베이스(13-1과 13-2) 사이에 끼워지고, 센서 베이스(13-1)의 연통 구멍(13-1a)에 그 일단이 삽입 고정된 도압관(14-1)을 통해서 유체 압력 P1을 받고, 센서 베이스(13-2)의 연통 구멍(13-2a)에 그 일단이 삽입 고정된 도압관(14-2)을 통해서 유체 압력 P2를 받는다. 즉, 도압관(14-1)의 관로(14-1a)를 봉입실의 일부로 하여 봉입된 압력 전달 매체(16-1)가 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면에 유체 압력 P1을 전달하고, 도압관(14-2)의 관로(14-2a)를 봉입실의 일부로 하여 봉입된 압력 전달 매체(16-2)가 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면에 유체 압력 P2를 전달한다.
이 경우, 도압관(14-1)의 타단은 센서 하우징(12)을 구성하는 배리어 베이스(12-2)의 도압로(12-2b)에 삽입 고정되고, 도압관(14-2)의 타단은 센서 하우징(12)을 구성하는 배리어 베이스(12-3)의 도압로(12-3b)에 삽입 고정되어 있기 때문에, 유체 압력 P1과 유체 압력 P2의 압력의 고저 관계에 상관없이, 큰 차압이 생긴 경우라도, 그 차압에 의한 압박력에 의해, 센서 칩(11)은 센서실(12a)의 내벽면(12-2a)측 또는 내벽면(12-3a)측으로 압박된다. 이에 따라, 유체 압력 P1과 유체 압력 P2의 압력의 고저 관계가 역전되더라도, 센서 칩(11)이 센서실(12a)의 내벽면측으로 반드시 압박되게 되고, 센서 칩(11)의 접합부에 가해지는 압력이 완화되어, 센서 칩(11)의 접합부의 박리를 피할 수 있다.
또, 이 차압 센서(200A)에서는, 외부의 열이 센서 하우징(12)을 개재하여 압력 전달 매체(16-1 또는 16-2)에 전도되어 온 경우, 이 압력 전달 매체(16-1 또는 16-2)의 팽창 수축에 의한 용적 변화가 배리어 베이스(12-2 또는 12-3)의 자신의 변위에 의해 흡수된다.
즉, 이 차압 센서(200A)에서는, 배리어 베이스(12-2)의 수압 다이어프램(15-1)의 주위의 표리면에 대향하는 위치에 링형의 홈(12-2d1, 12-2d2)이 형성되어 있고, 배리어 베이스(12-3)의 수압 다이어프램(15-2)의 주위의 표리면에 대향하는 위치에 링형의 홈(12-3d1, 12-3d2)이 형성되어 있다. 이에 따라, 압력 전달 매체(16-1 또는 16-2)가 팽창 혹은 수축하여 그 매체의 용적이 변화한 경우, 배리어 베이스(12-2 또는 12-3)가 의사적으로 다이어프램으로서 작용하여, 그 매체의 용적 변화에 의한 응력 발생을 완화하는 방향으로 변위한다.
이와 같이 하여, 이 차압 센서(200A)에서는, 외부의 열이 센서 하우징(12)을 개재하여 압력 전달 매체(16-1 또는 16-2)에 전도되어 온 경우, 이 압력 전달 매체(16-1 또는 16-2)의 팽창 수축에 의한 용적 변화가 배리어 베이스(12-2 또는 12-3)의 자신의 변위에 의해 흡수되어, 센서 칩(11)의 접합면으로의 전단 방향이나 인장 방향의 열응력이 완화되어, 고압시뿐만 아니라 주위 온도가 변화한 경우에도, 센서 칩(11)의 접합부의 박리를 피할 수 있게 된다.
또한, 이 차압 센서(200A)에 있어서, 배리어 베이스(12-2 및 12-3)에서, 링형의 홈(12-2d1, 12-2d2 및 12-3d1, 12-3d2)은, 압력 전달 매체(16-1, 16-2)의 팽창 수축에 의한 용적 변화에 대하여 배리어 베이스(12-2 및 12-3)를 의사적으로 다이어프램으로서 작용시키지만, 수압 다이어프램(15-1 및 15-2)이 수압하는 압력이 크더라도 거의 변형되지 않는 홈으로서 설계되어 있다.
또, 이 차압 센서(200A)에서는, 센서 하우징(12)의 외주면에 수압 다이어프램(15-1, 15-2)을 설치하도록 하고 있기 때문에, 유체 압력 P1, P2의 수압부와 센서 하우징의 일체화를 도모하여, 차압 센서의 소형화를 도모할 수 있다.
〔실시형태 2〕
도 2에 본 발명에 따른 차압 센서의 다른 실시형태(실시형태 2)의 주요부를 나타낸다. 도 2에 있어서, 도 1과 동일한 부호는 도 1을 참조하여 설명한 구성 요소와 동일 또는 동등한 구성 요소를 나타내고, 그 설명은 생략한다.
이 차압 센서(200B)에서는, 센서 베이스(13-1)의 한면을 스폿 페이싱면으로 하고, 센서 칩(11)의 대좌(11-4)와의 사이에 연통 구멍(13-1a)으로 이어지는 개구가 넓은 공간(13-1b)을 형성하고 있다. 또, 센서 베이스(13-2)의 한면을 스폿 페이싱면으로 하고, 센서 칩(11)의 대좌(11-5)와의 사이에 연통 구멍(13-2a)으로 이어지는 개구가 넓은 공간(13-2b)을 형성하고 있다. 다른 구성은 실시형태 1의 차압 센서(200A)와 동일하다.
이 차압 센서(200B)에 있어서, 센서 칩(11)은, 센서 베이스(13-1)의 공간(13-1b) 내의 압력 전달 매체(16-1)와 센서 베이스(13-2)의 공간(13-2b) 내의 압력 전달 매체(16-2)에 의해 양측으로부터 압축 방향으로의 힘을 받는다. 이 때문에, 센서 칩(11)의 접합부의 박리가 억제되고, 내압성이 더 향상되게 된다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 센서 칩(11)을 대좌(11-4, 11-5)를 갖는 구성으로 했지만, 스토퍼 부재(11-2, 11-3)의 두께를 늘려서 대좌를 겸하게 하는 구성으로 해도 좋다.
또, 전술한 실시형태에서는, 배리어 베이스(12-2, 12-3)에 링형의 홈[12-2d(12-2d1, 12-2d2), 12-3d(12-3d1, 12-3d2)]을 형성하여, 압력 전달 매체(16-1, 16-2)의 팽창 수축에 의한 용적 변화에 대하여 배리어 베이스(12-2, 12-3)를 의사적으로 다이어프램으로서 작용시키도록 했지만, 다른 방법으로 배리어 베이스(12-2, 12-3)를 의사적으로 다이어프램으로서 작용시키도록 해도 좋다. 또, 압력 전달 매체(16-1, 16-2)의 팽창 수축이 생길 우려가 없는 환경에서 사용하는 것이라면, 배리어 베이스(12-2, 12-3)를 의사적으로 다이어프램으로서 작용시키는 구성을 취하지 않아도 좋다.
또, 전술한 실시형태에서는, 센서 다이어프램(11-1)을 압력 변화에 따라서 저항치가 변화되는 왜곡 저항 게이지를 형성한 타입으로 하고 있지만, 정전 용량식의 센서 칩으로 해도 좋다. 정전 용량식의 센서 칩은, 정해진 공간(용량실)을 구비한 기판과, 그 기판의 공간 상에 배치된 다이어프램과, 기판에 형성된 고정 전극과, 다이어프램에 형성된 가동(可動) 전극을 구비한다. 다이어프램이 압력을 받아 변형됨으로써, 가동 전극과 고정 전극의 간격이 변화하여 그 사이의 정전 용량이 변화한다.
〔실시형태의 확장〕
이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않는다. 본 발명의 구성이나 상세에는, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러가지 변경을 행할 수 있다.
11 : 센서 칩, 11-1 : 센서 다이어프램, 11-2, 11-3 : 스토퍼 부재, 11-2a, 11-3a : 오목부, 11-2b, 11-3b : 압력 도입 구멍(도압 구멍), 11-4, 11-5 : 대좌, 11-4a, 11-5a : 압력 도입 구멍(도압 구멍), 12 : 센서 하우징, 12a : 센서실, 12-1 : 링보디, 12-1a : 내주면, 12-2, 12-3 : 배리어 베이스, 12-2a, 12-3a : 내벽면, 12-2b, 12-3b : 도압로, 12-2c, 12-3c : 오목부, 12-2d(12-2d1, 12-2d2), 12-3d(12-3d1, 12-3d2) : 링형의 홈, 13-1, 13-2 : 센서 베이스, 13-1a, 13-2a : 연통 구멍, 13-1b, 13-2b : 공간, 14-1, 14-2 : 도압관, 14-1a, 14-2a : 관로, 15-1, 15-2 : 수압 다이어프램, 16-1, 16-2 : 압력 전달 매체, 200A, 200B : 차압 센서.

Claims (4)

  1. 한쪽 면 및 다른쪽 면에 받는 압력차에 따른 신호를 출력하는 센서 다이어프램과, 상기 센서 다이어프램의 한쪽 면에 그 둘레 가장자리부를 대면시켜 접합되고 그 센서 다이어프램의 한쪽 면으로 제1 유체 압력을 유도하는 제1 도압(導壓) 구멍을 갖는 제1 유지 부재와, 상기 센서 다이어프램의 다른쪽 면에 그 둘레 가장자리부를 대면시켜 접합되고 그 센서 다이어프램의 다른쪽 면으로 제2 유체 압력을 유도하는 제2 도압 구멍을 갖는 제2 유지 부재를 적어도 구비한 센서 칩과,
    상기 센서 칩을 수용하는 센서실과, 상기 센서실의 제1 내벽면까지 상기 제1 유체 압력을 유도하는 제1 도압로와, 상기 센서실의 상기 제1 내벽면과 대향하는 제2 내벽면까지 상기 제2 유체 압력을 유도하는 제2 도압로를 갖는 센서 하우징
    을 구비한 차압 센서에 있어서,
    상기 센서 칩의 한쪽 면에 접합되고 상기 제1 도압 구멍에 연통하는 제1 연통 구멍을 갖는 제1 접속 부재와,
    상기 센서 칩의 다른쪽 면에 접합되고 상기 제2 도압 구멍에 연통하는 제2 연통 구멍을 갖는 제2 접속 부재와,
    상기 제1 접속 부재의 제1 연통 구멍에 그 일단이 삽입 고정되고, 상기 센서 하우징의 제1 도압로에 그 타단이 삽입 고정된 제1 도압관과,
    상기 제2 접속 부재의 제2 연통 구멍에 그 일단이 삽입 고정되고, 상기 센서 하우징의 제2 도압로에 그 타단이 삽입 고정된 제2 도압관
    을 구비하고,
    상기 제1 도압관의 관로를 봉입실의 일부로 하여, 상기 제1 유체 압력을 상기 센서 다이어프램의 한쪽 면으로 유도하는 제1 압력 전달 매체가 봉입되고,
    상기 제2 도압관의 관로를 봉입실의 일부로 하여, 상기 제2 유체 압력을 상기 센서 다이어프램의 다른쪽 면으로 유도하는 제2 압력 전달 매체가 봉입되어 있고,
    상기 제1 접속 부재는, 상기 센서 칩의 한쪽 면과의 사이에 상기 제1 연통 구멍으로 이어지는, 개구가 넓은 제1 공간을 가지며,
    상기 제2 접속 부재는, 상기 센서 칩의 다른쪽 면과의 사이에 상기 제2 연통 구멍으로 이어지는, 개구가 넓은 제2 공간을 갖는 것을 특징으로 하는 차압 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 센서 하우징은,
    상기 센서실의 제1 내벽면을 제공하는 제1 벽면 부재와,
    상기 센서실의 제2 내벽면을 제공하는 제2 벽면 부재를 구비하고,
    상기 제1 및 제2 벽면 부재는,
    상기 제1 및 제2 압력 전달 매체가 팽창 혹은 수축하여 그 매체의 용적이 변화한 경우에, 그 매체의 용적 변화에 의한 응력의 발생을 완화시키는 방향으로 변위하는 것을 특징으로 하는 차압 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 유체 압력을 수압하여 상기 제1 압력 전달 매체에 전달하는 제1 수압 다이어프램과,
    상기 제2 유체 압력을 수압하여 상기 제2 압력 전달 매체에 전달하는 제2 수압 다이어프램을 구비하고,
    상기 제1 및 제2 수압 다이어프램은,
    상기 센서 하우징의 외주면에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차압 센서.
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