WO2020105617A1 - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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Publication number
WO2020105617A1
WO2020105617A1 PCT/JP2019/045217 JP2019045217W WO2020105617A1 WO 2020105617 A1 WO2020105617 A1 WO 2020105617A1 JP 2019045217 W JP2019045217 W JP 2019045217W WO 2020105617 A1 WO2020105617 A1 WO 2020105617A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
diaphragm
temperature
pressure sensor
value
pressure
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/045217
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祐希 瀬戸
石倉　義之
里奈 小笠原
Original Assignee
アズビル株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by アズビル株式会社 filed Critical アズビル株式会社
Publication of WO2020105617A1 publication Critical patent/WO2020105617A1/ja

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    • 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
    • G01L19/04—Means for compensating for effects of changes of temperature, i.e. other than electric compensation
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor, and particularly to a sanitary pressure sensor.
  • pressure sensors that detect the pressure of fluid
  • pressure sensors for sanitary used in manufacturing fields such as food fields and pharmaceutical fields that require hygienic consideration
  • corrosion resistance, cleanliness, Strict requirements are imposed on reliability and versatility.
  • the pressure sensor for sanitary must use a material having high corrosion resistance such as stainless steel (SUS), ceramics, and titanium for the liquid contact portion with which the fluid whose pressure is to be measured (for example, liquid) comes into contact. ..
  • a material having high corrosion resistance such as stainless steel (SUS), ceramics, and titanium for the liquid contact portion with which the fluid whose pressure is to be measured (for example, liquid) comes into contact. ..
  • the pressure sensor for sanitary must have a flash diaphragm structure that is easy to clean and have high thermal shock resistance against steam cleaning.
  • the sanitary pressure sensor must have a structure that does not use an encapsulant (oil-free structure) and a structure in which the diaphragm is hard to break (barrier high rigidity).
  • the pressure sensor for sanitary use has limited material and structure compared to other pressure sensors, so it is not easy to increase the sensitivity.
  • the film thickness of the diaphragm decrease the aspect ratio of the diameter to the thickness of the diaphragm
  • the sensitivity becomes small and the sensor sensitivity decreases. Therefore, in the sanitary pressure sensor, there is a demand for a technique for accurately detecting a minute deformation of the diaphragm.
  • Patent Documents 1 and 2 only a displacement of a central portion of a diaphragm is transmitted to a semiconductor chip (beam member) such as Si in which a strain gauge composed of diffusion resistance is formed, and a piezo based on the strain of the semiconductor chip is transmitted.
  • a load conversion type pressure sensor aiming at high sensitivity of the sensor by detecting a change in resistance value of diffusion resistance due to a resistance effect.
  • the central portion of the semiconductor chip having a rectangular shape in plan view is supported at the central portion of the diaphragm, and both ends of the semiconductor chip do not substantially fluctuate. It is fixed in position.
  • the center of a strip-shaped semiconductor chip is supported at the center of the diaphragm by a rod-shaped member called a pivot, and both ends of the semiconductor chip in the longitudinal direction are formed on the outer peripheral edge of the diaphragm via an insulating mount. It is fixed to the thick part.
  • the center of the rectangular semiconductor chip is fixed to the center of the diaphragm, and both ends of the semiconductor chip in the longitudinal direction are fixed on a stationary pedestal.
  • a joint for example, a ferrule joint
  • a connecting portion with a pipe through which a fluid to be measured flows.
  • the connection between the pipe and the sanitary pressure sensor is realized by using a connecting member called a clamp band (hereinafter, also simply referred to as “clamp”).
  • clamp band hereinafter, also simply referred to as “clamp”.
  • the pipe joint and the sanitary pressure sensor joint are arranged so as to face each other, the two joints are sandwiched by the ring-shaped fixing portions of the clamp, and the fixing portions are tightened with screws, whereby the pipe and the sanitary Connect with the pressure sensor for use.
  • the diaphragm of the sanitary pressure sensor is deformed to some extent, and the resistance value of each resistance that constitutes the strain gauge changes, resulting in zero sensor output.
  • the point (offset) may shift.
  • the amount of deviation of the resistance value of each resistance forming the strain gauge changes depending on the position of the screw that tightens the clamp.
  • the shift amount of the zero point varies depending on the position where the clamp is tightened (hereinafter, this variation may be simply referred to as “variation of the shift amount of the zero point”). Therefore, in such a pressure sensor, in order to compensate the zero point of the sensor output, the correction amount of the zero point is changed depending on the position where the clamp is tightened, or the position where the clamp is tightened is preset for the user. Must be specified.
  • the pressure sensor described in Patent Document 3 it is possible to suppress the variation in the shift amount of the zero point in the sensor output when the pipe and the pressure sensor are connected using a clamp by the configuration described below. ing. That is, in the diaphragm including the first main surface that receives the pressure of the measurement fluid and the second main surface located on the opposite side of the first main surface, the first structure is arranged at the center of the second main surface. Further, at least two second structures are provided on two straight lines which are at a position separated from the first structure and which pass through the center of the second main surface and are orthogonal to each other in a plan view.
  • Two sets of resistance pairs are arranged by the first structure and at least two second structures.
  • a semiconductor chip having a strain gauge formed of a Wheatstone bridge circuit is supported.
  • the two pairs of resistances are respectively in a region between the first structure and at least two second structures in a plan view, and one resistance of each pair, for example, The first resistor and the fourth resistor, and the second resistor and the third resistor are both arranged to extend in the same direction.
  • the fluid to be measured comes into direct contact with the diaphragm, which is the pressure measuring portion, and the housing supporting the same without passing through the oil.
  • the diaphragm and the housing that supports it come into contact with fluids that are hotter or colder than these members, a (non-uniform) temperature distribution occurs in the diaphragm and the housing.
  • the temperature distribution of the diaphragm and the housing deforms the diaphragm irrespective of the pressure of the fluid to be measured (hereinafter, the deformation of the diaphragm may be simply referred to as “thermal deformation”), and the This causes an output fluctuation due to thermal deformation that is independent of the pressure of. Therefore, the temperature distribution caused by the thermal energy of the fluid to be measured is one of the error factors in the pressure measurement using the sanitary pressure sensor.
  • thermo shock The measurement error due to thermal deformation caused by the temperature difference between the diaphragm and the housing that supports the diaphragm and the fluid that is the measurement target that contacts these members (hereinafter, also referred to as “thermal shock”) is due to the hygiene control. This is one of the technical issues that must be resolved promptly in view of the current strictness of laws and regulations regarding the above.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor that can correct output fluctuations due to thermal deformation.
  • a pressure sensor (10) includes a diaphragm (20) including a first main surface that receives the pressure of a fluid to be measured and a second main surface located on the opposite side of the first main surface, and the diaphragm (20).
  • a sensor body (40) including a housing connected to and supporting an outer peripheral edge and a sensor body (40) disposed on the second main surface of the diaphragm to output a first value corresponding to the deformation of the diaphragm.
  • a sensing unit (50) configured in accordance with the present invention; a temperature measuring unit (60) configured to measure temperatures at at least two positions on the sensor body; A correction unit (70) configured to correct a value of 1 and a pressure calculation unit (80) configured to calculate a pressure of the fluid from the corrected first value. Characterize.
  • the correction unit is configured to calculate a variation of the output of the sensing unit due to thermal deformation of the diaphragm as a second value by using the temperatures at the at least two positions. It may be configured to include a variation value calculation unit and an output value correction unit configured to correct the first value using the second value.
  • the correction unit further includes a correction parameter calculation unit configured to calculate a correction parameter from the temperatures of the at least two different positions, and the output fluctuation value calculation unit includes the correction parameter calculation unit.
  • the second value may be calculated using the value of the correction parameter.
  • the correction parameter may be a temperature difference between the at least two positions.
  • the correction parameter may be a temperature gradient between the at least two positions.
  • the output value correction unit calculates the second value by multiplying the correction parameter by a predetermined coefficient determined based on the measured temperatures of the at least two different positions. You may comprise.
  • the output fluctuation value calculation unit determines the coefficient based on a temperature at one time point among the temperatures at the at least two positions measured in time series by the temperature measurement unit. It may be configured as follows.
  • the output fluctuation value calculation unit respectively calculates the coefficient for each temperature at at least two different time points among the temperatures at the at least two positions measured in time series by the temperature measurement unit. It may be configured to determine.
  • the at least two different positions may be separated from each other in a direction perpendicular to the first main surface.
  • one of the at least two different positions may be configured to be an upper end portion of the housing.
  • one of the at least two different positions may be configured to be the first main surface or the second main surface of the diaphragm.
  • a pressure sensor element (1) included in the pressure sensor includes a diaphragm including a first main surface that receives a pressure of a fluid to be measured and a second main surface located on the opposite side of the first main surface, and A sensor body including a housing connected to and supporting an outer peripheral edge of the diaphragm, and the sensor body is disposed on the second main surface of the diaphragm, and outputs a first value corresponding to the deformation of the diaphragm. It may be configured to include a configured sensing unit and a temperature measuring unit configured to measure temperatures at at least two positions on the sensor body.
  • FIG. 1 is a sectional view of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a pressure sensor according to an embodiment of the present invention and a connection structure with a pipe connected to the pressure sensor.
  • FIG. 3A is a block diagram showing a configuration of the pressure sensor according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a diagram showing a hardware configuration of the control unit.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a strain gauge of a sensing unit that constitutes a part of the pressure sensor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the time response of the temperature of each part of the pressure sensor when a thermal shock is applied.
  • FIG. 6 is a contour diagram (isoline diagram) of the pressure sensor when a thermal shock is applied.
  • FIG. 7 is a diagram showing a time response of a temperature difference in each part of the pressure sensor and a thermal deformation of the diaphragm when a thermal shock is applied.
  • FIG. 8A is a flowchart showing a process of calculating a pressure value using the pressure sensor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a flowchart showing a process of obtaining a coefficient used when calculating a pressure value using the pressure sensor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing the time response of the output fluctuation of the pressure sensor according to the embodiment of the present invention and the output fluctuation of the conventional pressure sensor when a thermal shock is applied.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a process of calculating a pressure value using the pressure sensor according to another embodiment of the present invention.
  • the pressure sensor element 1 has an outer shape formed by a sensor body 40 including a diaphragm 20 and a housing 30 that is connected to and supports the outer peripheral edge of the diaphragm 20.
  • the sensing unit 50 that detects the deformation amount of the diaphragm 20 as an electric signal and outputs a predetermined value (this predetermined value corresponds to the “first value” of the present invention), and a sensor.
  • the temperature measuring unit 60 measures the temperature at at least two positions on the body 40.
  • the pressure sensor 10 includes the pressure sensor element 1, and further, a value calculated using the temperature measured by the temperature measuring unit 60 (this value corresponds to the “second value” in one embodiment of the present invention). (Corresponding.) Is used to correct the predetermined value output by the sensing unit 50, and a pressure calculation unit 80 that calculates a corrected pressure corresponding to the corrected predetermined value. 90 is provided.
  • the diaphragm 20 forming a part of the lower end surface 41 of the sensor body 40 is a thin film element that receives the pressure P from the fluid F to be measured, and is, for example, a disc-shaped thin stainless steel (SUS). However, it may be molded using another material having high corrosion resistance such as ceramics or titanium.
  • the lower surface of the diaphragm 20 forms a liquid contact surface 21 that is in contact with the fluid F and receives the pressure P (this liquid contact surface 21 corresponds to the “first main surface” in one aspect of the present invention).
  • the upper surface of the diaphragm 20 forms a deformation measuring surface 22 on which the sensing unit 50 is arranged (this deformation measuring surface 22 corresponds to the “second main surface” in one aspect of the present invention).
  • the deformation measuring surface 22 also functions as a pressure receiving surface that receives atmospheric pressure, for example.
  • the housing 30 that constitutes the sensor body 40 together with the diaphragm 20 is a cylindrical element, and is connected to the outer peripheral edge of the diaphragm 20 to support it.
  • the housing 30 is made of, for example, stainless steel (SUS) having high corrosion resistance, but may be molded using another material having high corrosion resistance such as ceramics or titanium.
  • SUS stainless steel
  • the outer peripheral edge of the housing 30 is provided with a ferrule flange portion 30f protruding outward in the radial direction, and the ferrule flange portion Hf is also provided at the joint end of the pipe H. Is provided. As shown in FIG.
  • the pressure sensor element 1 and the pipe H are arranged such that the ferrule flange portion 30f of the housing 30 and the ferrule flange portion Hf of the pipe H overlap each other, and these are clamped in the vertical direction by a clamp, so that Has a structure (so-called ferrule joint structure) that is connected with each other.
  • the inner peripheral side wall surface 30A of the housing 30 is connected to the outer peripheral edge of the diaphragm 20 at its lower portion, and together with the diaphragm 20, forms a cylindrical space that is isolated from the inside of the pipe H through which the fluid F flows. Further, a sensing unit 50 described below is arranged in this space.
  • the sensing unit 50 detects the deformation of the diaphragm 20, and an electrical signal corresponding to the deformation amount, more specifically, a voltage value (this voltage value corresponds to the “first value” of the present invention). ) Is a functional unit that outputs. It should be noted that this voltage value will be hereinafter referred to as “deformed voltage value Vr”.
  • Such a sensing unit 50 is supported by, for example, a plurality of structures 51a, 51b, 51c, 51e standing on the deformation measuring surface 22 of the diaphragm 20 and the structures 51a, 51b, 51c, 51e. It is composed of a semiconductor chip 51.
  • the semiconductor chip 51 is, for example, formed in a polygonal shape in a plan view, and includes a substrate B made of a semiconductor material such as Si, and a strain gauge 52 made of a Wheatstone bridge circuit 53 formed on the substrate B.
  • the semiconductor chip 51 supported by the structures 51a, 51b, 51c, 51e described above is based on the semiconductor chip described in Patent Document 3 created by the present inventors, but these structures 51a,
  • the semiconductor chip 51 may be directly attached to the deformation measuring surface 22 without the intervention of 51b, 51c, and 51e.
  • the Wheatstone bridge circuit 53 that functions as the strain gauge 52 includes resistance elements R1 to R4 (for example, diffusion resistance) attached on the diaphragm 20 via the structures 51a, 51b, 51c, and 51e.
  • the deformation of the diaphragm 20 is detected in the form of the deformation voltage value Vr as follows. That is, when the diaphragm 20 is deformed, the lengths of the resistance elements R1 to R4 attached thereon via the structure are deformed (expanded or contracted), and the resistance value R thereof is increased or decreased.
  • This change in the resistance value R is changed by using the Wheatstone bridge circuit 53 in which a constant current I flows, and two sets of resistance pairs (a resistance pair consisting of the resistance element R1 and the resistance element R2 It is detected as a change in the voltage value (deformation voltage value Vr) between the contacts (between the contact A and the contact B) of the resistance pair including the element R3 and the resistance element R4.
  • the temperature measuring unit 60 is composed of a plurality of temperature sensors that measure temperatures at at least two positions on the sensor body 40.
  • the temperature measuring unit 60 is composed of two temperature sensors 60-1 and 60-2 that measure the temperature at two positions.
  • These two temperature sensors 60-1 and 60- Reference numeral 2 is a thermocouple attached to each of two different positions on the sensor body 40.
  • first temperature measurement position N1 the position where the thermocouple 61-1 is attached
  • second temperature measurement position N2 the position where the thermocouple 61-2 is attached
  • the measurement temperature at the first temperature measurement position N1 is referred to as “first measurement temperature T1”
  • the measurement temperature at the second temperature measurement position N2 is referred to as "second measurement temperature T2".
  • the first temperature measurement position N1 and the second temperature measurement position N2 be at positions where the temperature distribution of the sensor body 40 caused by thermal shock is detected. Therefore, the first temperature measurement position N1 and the second temperature measurement position N2 are in a direction perpendicular to the liquid contact surface 21 to which thermal shock is applied, in other words, a direction in which the axial center of the cylindrical housing 30 extends. It is desirable to be spaced apart along. Furthermore, it is more desirable if the straight line connecting the first temperature measurement position N1 and the second temperature measurement position N2 is parallel to the normal line of the liquid contact surface 21.
  • the first temperature measurement position N1 is provided in the vicinity of the inner peripheral side wall surface 30A of the housing 30 on the deformation measurement surface 22 of the diaphragm 20 forming the sensor body 40, and the second temperature measurement position N2. Is provided on the upper end surface 32 of the housing 30 constituting the sensor body 40 and on the same diameter as the first temperature measurement position N1 in a plan view (see FIG. 1).
  • the first temperature measurement position N1 and the second temperature measurement position N2 are maximized along the direction perpendicular to the liquid contact surface 21 of the diaphragm 20, in other words, the direction in which the axial center of the housing 30 extends.
  • the maximum value of the temperature difference ⁇ T of the sensor body 40 can be detected by arranging the sensors at positions where they are spaced apart from each other.
  • the first temperature measurement position N1 and the second temperature measurement position N2 are not limited to the two positions described above.
  • the temperature sensor 60-1 arranged on the deformation measuring surface 22 of the diaphragm 20 may be arranged on the inner peripheral side wall surface 30A or the outer peripheral side wall surface 30B of the housing 30 at another position on the sensor body 40. It may be provided.
  • a thermocouple may be installed by fitting it into a hole provided in the inner peripheral side wall surface 30A or the outer peripheral side wall surface 30B.
  • the responsiveness (pressure sensitivity) of the diaphragm 20 which can be caused by attaching the temperature sensor (thermocouple) to the deformation measuring surface 22 of the diaphragm 20. ) Can be avoided.
  • the number of temperature sensors constituting the temperature measuring unit 60 is not limited to two, and may be three or more. Good.
  • w is an integer of 3 or more
  • the correction unit 70 included in the control unit 90 includes the deformation voltage value Vr corresponding to the deformation amount of the diaphragm 20 detected by the sensing unit 50, and the first measurement temperature T1 and the second measurement temperature measured by the temperature measurement unit 60. It is a calculation unit that calculates a correction voltage value Vc that excludes output fluctuations due to thermal deformation from T2. As shown in FIG. 3A, for example, the correction unit 70 of this embodiment includes a correction parameter calculation unit 71, an output fluctuation value calculation unit 72, and an output value correction unit 73.
  • the correction parameter calculation unit 71 uses the correction parameters for correcting the deformation voltage value Vr, for example, the first measurement temperature T1 and the second measurement temperature T2 measured by the temperature sensor 60-1 and the temperature sensor 60-2. This is a calculation unit that calculates the difference ⁇ T.
  • the correction parameter calculation unit 71 is electrically connected to the temperature measurement unit 60, and receives the signal ST output from the temperature measurement unit 60 to detect the first measured temperature T1 and the second measured temperature T2. Information is acquired and, for example, these differences ⁇ T are calculated in time series.
  • the output fluctuation value calculation unit 72 uses the correction parameter calculated by the correction parameter calculation unit 71 and a coefficient a described later to calculate a voltage value (hereinafter, this voltage value) corresponding to the output fluctuation caused by thermal deformation. This is referred to as “heat deformation voltage value Vh.”
  • This heat deformation voltage value Vh is a calculation unit that calculates “a second value” in one aspect of the present invention.
  • the output value correction unit 73 is a calculation unit that obtains the correction voltage value Vc from which the output fluctuation caused by thermal deformation is excluded from the thermal deformation voltage value Vh and the deformation voltage value Vr.
  • the output value correction unit 73 is electrically connected to the sensing unit 50, and receives the signal SVr output from the sensing unit 50 to acquire information about the modified voltage value Vr.
  • the pressure calculation unit 80 included in the control unit 90 is a calculation unit that calculates the correction pressure Pc corresponding to the correction voltage value Vc corrected by the correction unit 70 in time series using, for example, a predetermined calibration curve.
  • the control unit 90 including the correction unit 70 including the correction parameter calculation unit 71, the output fluctuation value calculation unit 72, and the output value correction unit 73, and the pressure calculation unit 80 includes, for example, the CPU and the memory illustrated in FIG. 3B. It is composed of hardware resources and is arranged at a position physically separated from the sensor body 40. Each calculation in the correction parameter calculation unit 71, the output value correction unit 73, and the pressure calculation unit 80 is executed by cooperation of the hardware resources and a predetermined calculation program stored in the memory.
  • the temperature of the upper end surface 32 of the housing 30, which is separated from the steam that is the heat source and is in contact with the outside air, is substantially the outside air immediately after the high temperature and high pressure steam is introduced, as shown by the broken line in FIG. The same is the case, and the heat of the steam is gradually increased as the heat of the steam is transmitted through the housing 30.
  • FIG. 6 is a contour diagram (isoline diagram) showing the temperature distribution of the pressure sensor element 1 immediately after the steam cleaning is started.
  • the sensor body 40 in the sensor body 40 immediately after the start of vapor cleaning, the sensor body 40 is substantially parallel to the lower end surface 31 of the diaphragm 20 and the housing 30 (in other words, perpendicular to the liquid contact surface 21 in contact with the heat source).
  • a temperature distribution is formed in the form of a plurality of isothermal surfaces (along the direction).
  • the deformation of the diaphragm 20 when it receives a thermal shock includes the deformation caused by the pressure of the fluid applied to the liquid contact surface 21 and the deformation caused by the thermal deformation of the sensor body 40.
  • the thermal deformation of the sensor body 40 depends on the temperature distribution of the sensor body 40, specifically, the temperature distribution such that a temperature gradient is generated along the direction perpendicular to the liquid contact surface 21.
  • the temperature distribution of the sensor body 40 is approximately and partially grasped by using the temperatures measured at a plurality of different positions on the sensor body 40 as an index (hereinafter, this index is referred to as “index ⁇ ”). be able to.
  • index ⁇ for example, a temperature difference ⁇ T measured at a plurality of different positions can be used.
  • sensor body temperature difference ⁇ T There is a correlation with the temperature difference ⁇ T (hereinafter, referred to as “sensor body temperature difference ⁇ T”) measured in 1.
  • the index ⁇ such as the sensor body temperature difference ⁇ T can be used to detect the diaphragm.
  • the thermal deformation of 20 can be calculated.
  • FIG. 7 is a diagram comparing the simulation results regarding the time response of the diaphragm thermal deformation at the time of thermal shock and the time response of the index ⁇ .
  • the temperature ratio is used as the index ⁇ instead of the sensor body temperature difference ⁇ T, and the vertical axis on the left side is the temperature ratio.
  • the diagram showing the thermal deformation amount of the diaphragm in FIG. 7 is multiplied by a predetermined coefficient so as to overlap with the diagram of the sensor body temperature difference ⁇ T.
  • the thermal deformation of the diaphragm 20 is approximately represented as a linear function of the sensor body temperature difference ⁇ T, and the value corresponding to the inclination at this time can be obtained by using the sensor body temperature difference ⁇ T at one time t, for example.
  • An approximate value of the diaphragm thermal deformation which changes momentarily after one time t can be calculated using this sensor body temperature difference ⁇ T.
  • the value corresponding to this inclination is a value corresponding to the above-mentioned predetermined coefficient.
  • the correction method according to the present embodiment is based on the above-mentioned assumptions [i] to [iv], that is, the index ⁇ (for example, the sensor body temperature difference ⁇ T) indicating the temperature distribution of the sensor body 40 and the diaphragm thermal deformation.
  • the index ⁇ for example, the sensor body temperature difference ⁇ T
  • the diaphragm thermal deformation can be approximately calculated as a linear function of the index ⁇ .
  • the diaphragm thermal deformation uses the Wheatstone bridge circuit 53 including the strain gauge 52 to generate the deformation voltage value Vr. Detected in the form of. Therefore, in the first correction method and the second correction method which will be described later in detail, the deformation voltage value Vh corresponding to the diaphragm thermal deformation can be approximately calculated as a linear function of the index ⁇ .
  • This first correction method is executed by steps S1 to S7, for example, as shown in FIG. 8A.
  • steps S1 and S2 are executed in parallel, and steps S3 to S7 are executed successively following these steps S1 and S2.
  • the sensing unit 50 included in the pressure sensor element 1 detects the deformation voltage value Vr corresponding to the deformation of the diaphragm 20 (step S1).
  • the temperature measuring unit 60 forming the pressure sensor element 1 causes each of the first temperature measuring position N1 and the second temperature measuring position N2, which are at least two different positions on the sensor body 40.
  • the temperature that is, the first measurement temperature T1 and the second measurement temperature T2 are measured (step S2).
  • step S3 subsequent to steps S1 and S2, the sensor body temperature corresponding to the index ⁇ representing the temperature distribution of the sensor body 40 when a thermal shock is applied and the correction parameter for correcting the deformation voltage value Vr Calculate the difference ⁇ T.
  • This step S3 is executed by the correction unit 70, more specifically, the correction parameter calculation unit 71.
  • the sensor body temperature difference ⁇ T is calculated using the first measured temperature T1 at the first temperature measurement position N1 and the second measured temperature T2 at the second temperature measurement position N2 measured in step S2, and the output of the correction unit 70 is output. It is output toward the value correction unit 73.
  • the correction unit 70 uses the sensor body temperature difference ⁇ T to calculate the thermal deformation voltage value Vh (step S4).
  • the coefficient a is a value corresponding to the slope (Vh / ⁇ T) when the deformation voltage value Vh corresponding to the diaphragm thermal deformation is represented by a linear function (a linear function passing through the origin) of the sensor body temperature difference ⁇ T. Is.
  • FIG. 8B shows an example of a method of calculating the coefficient a.
  • the deformation voltage value Vr and the sensor body temperature difference ⁇ T use the values detected or calculated in step S1 and step S3, respectively.
  • the fluid pressure voltage value Vp for example, the reference voltage value Vpref output from the reference pressure gauge provided in the supply source of the fluid F to be measured is acquired and used (step S4-2).
  • the deformation voltage value Vr, the reference voltage value Vp, and the temperature difference ⁇ T used in the calculation of the coefficient a are all values measured at the same time, for example, time t.
  • the coefficient a calculated using the deformation voltage value Vr, the reference voltage value Vp, and the temperature difference ⁇ T at the same time t is used as a time-series invariant coefficient.
  • the pressure calculation unit 80 calculates the correction pressure value Pc corresponding to the correction voltage value Vc (step S6).
  • the correction pressure value Pc uses a product characteristic of the pressure sensor element 1 and the pressure sensor 10 including the same, more specifically, a calibration curve relating to a voltage value and a pressure, which is a product characteristic of the semiconductor chip 51 forming the sensing unit 50. Calculated.
  • steps S1 to S6 are repeated until the device equipped with the pressure sensor element 1 and the pressure sensor 10 including the pressure sensor device 1 is stopped, and ends when the device is stopped (step S7).
  • FIG. 9 shows a result of comparison between the correction voltage value Vc calculated through the first correction method and the modified voltage value Vr (output voltage value before correction) output from the sensing unit 50.
  • the vertical axis of FIG. 9 represents the output fluctuation caused by thermal deformation, and the horizontal axis represents the time. It can be seen from FIG. 9 that the output fluctuation caused by the thermal deformation is eliminated in the correction voltage value Vc except immediately after the thermal shock is applied.
  • the two temperature sensors 60-1 for measuring the temperatures at at least two positions on the sensor body 40.
  • the temperature sensor 60-2 and the temperature sensor 60-2 are arranged at predetermined positions, and various arithmetic processing programs that configure the correction unit 70 are added to an existing control device or the like, so that a simple and simple structure and configuration can prevent thermal deformation.
  • the resulting output fluctuation heat distortion voltage value Vh
  • the fluid pressure The response of the diaphragm 20 (pressure sensitivity) to the diaphragm 20 is not reduced, and the accuracy of correction for thermal deformation is the same as that of the specification in which the temperature sensor 60-1 is attached to the diaphragm 20, as described below. It is possible to maintain a high degree of accuracy.
  • the diaphragm 20 is deformed according to the thermal deformation of the sensor body 40 as described above (see the prerequisite [i]), and the thermal deformation of the sensor body 40 is limited to the volume. It is considered that thermal deformation of the housing 30 having a large occupancy rate is governed. Therefore, even if the specifications are such that the temperature distribution of the housing 30 is detected without measuring the temperature of the diaphragm 20, the pressure measurement accuracy similar to the specification in which the temperature sensor 60-1 is attached to the diaphragm 20 can be maintained. it is conceivable that.
  • step S103 and step S104 are steps relating to the calculation of the coefficient a, and replace steps S4-2 and S4-3 in the first correction method shown in FIG. 8B.
  • step S101 is step S2 in the first correction method
  • step S102 is step S3
  • step S105 is step S4
  • step S106 is step S5
  • step S107 is step S6,
  • step S108 is step S7.
  • step S101 is step S2 in the first correction method
  • step S102 is step S3
  • step S105 is step S4
  • step S106 is step S5
  • step S107 is step S6
  • step S108 is step S7.
  • the coefficient a is a value corresponding to the slope (Vh / ⁇ T) when the deformation voltage value Vh corresponding to the diaphragm thermal deformation is represented by a linear function (a linear function passing through the origin) of the sensor body temperature difference ⁇ T. Is.
  • the heat deformation voltage value Vh is uniquely determined from one temperature distribution of the sensor body 40 according to the above-mentioned “correction principle” and the contents shown in FIG. 7. Further, the sensor body temperature difference ⁇ T is uniquely determined from one aspect of the temperature distribution of the sensor body 40 as long as the temperature measurement position N does not change. Therefore, the coefficient a calculated as the ratio between the thermal deformation voltage value Vh and the sensor body temperature difference ⁇ T is also uniquely determined for one temperature distribution of the sensor body 40 at the predetermined temperature measurement position N.
  • the coefficient a corresponding to a plurality of temperature distribution data is obtained in advance according to the following method.
  • p is an integer of 2 or more.
  • the temperature distribution data TDj and the coefficient aj corresponding to them may be used as product characteristic values for each pressure sensor 10 in a memory or the like provided in each pressure sensor 10. It is stored in association with TDj.
  • the temperature distribution data TDj and the coefficient aj corresponding thereto can be measured or calculated using an actual machine and / or a simulation.
  • the m pieces of temperature distribution data TDj and the coefficient aj can be stored in the form of a table in which they are associated with each other.
  • mapping data in which a plurality of temperature measurement positions Nx provided on the sensor body 40 and the coefficient aj are associated for each of the m pieces of temperature distribution data TDj. It is desirable to prepare MDj.
  • the corrected temperatures (first measured temperature T1 and second measured temperature T2) of the first temperature measurement position N1 and the second temperature measurement position N2 corresponding to at least two different positions on the sensor body 40 are calculated.
  • step S104 the coefficient ai corresponding to the temperature distribution data TDi selected in step S103 is determined as the correction coefficient a (step S104).
  • This step S104 is executed by the output value correction unit 73 of the correction unit 70, for example.
  • step S105 By multiplying the correction coefficient a determined in steps S103 and S104 described above by the sensor body temperature difference ⁇ T calculated in step S102, the thermal deformation voltage value Vh caused by thermal shock is calculated (step S105). .. As described above, this step S105 corresponds to step S4 of the first correction method, and thereafter, through steps S105 to S107 (corresponding to steps S5 and S6 of the first correction method), the corrected pressure value Pc Is calculated.
  • steps S100 to S107 are repeated until the device equipped with the pressure sensor element 1 and the pressure sensor 10 including the pressure sensor device 1 is stopped, and ends when the device is stopped (step S108).
  • the temperature distribution data TDi and the coefficient ai are associated and stored / stored in a memory or the like.
  • the basic structure and configuration of hardware and the like are the same as those of the present embodiment using the first correction method. Therefore, similarly to the effect of the present embodiment using the first correction method, the output fluctuation (heat deformation voltage value Vh) due to thermal deformation can be eliminated by a simple and simple structure and configuration. Further, as will be described below, by providing three or more temperature measurement positions, it is possible to make the specifications such that the temperature distribution of the sensor body 40 can be detected with higher accuracy.
  • ⁇ Modification 1 Correction method when three or more temperature measurement positions are provided>
  • the specifications are to measure the temperatures at two different positions on the sensor body 40, but the temperatures at three or more different positions on the sensor body 40 are measured. It is good as a specification.
  • ⁇ Modification 2 Correction method using coefficient a calculated / determined at different time points>
  • each parameter value deformation voltage value Vr, reference voltage value Vp,
  • the coefficient a calculated / determined using the temperature difference ⁇ T is used as a fixed coefficient that does not change in time series.
  • information sampled at a predetermined cycle that is, at a constant interval.
  • a first measured temperature T1k (k 1, 2, ...
  • tk is not necessarily limited to that sampled at a constant cycle.
  • the first measurement temperature T1k and the second measurement temperature T1k at the time tk are selected from the time series information on the first measurement temperature T1 and the second measurement temperature T2 that are sequentially measured and acquired by the temperature measurement unit 60.
  • the value of the measured temperature T2k is acquired (step S2 in FIG. 8A), and the sensor body temperature at the time tk is selected from the time series information regarding the sensor body temperature difference ⁇ T sequentially calculated by the correction parameter calculation unit 71 of the correction unit 70.
  • the thermal shock voltage value Vh is calculated for each time using the coefficient ak calculated for each time tk (step S4 in the figure).
  • ⁇ Modification 3 Correction method when the correction parameter is a temperature gradient>
  • the difference ⁇ T was used as an index ⁇ for detecting the temperature distribution of the sensor body 40, and the correction voltage value Vc was calculated using this as a correction parameter.
  • a temperature gradient for example, ⁇ T, is used for the first temperature measurement.
  • ⁇ T / l divided by the distance 1 (along the normal direction) between the position N1 and the second temperature measurement position N2 may be used as the index ⁇ for detecting the temperature distribution of the sensor body 40.
  • the temperature gradient ⁇ T / l will be substantially constant. That is, the temperature gradient ⁇ T / l under the above conditions can be used as the index ⁇ that does not depend on the temperature measurement position.
  • ⁇ T / l When the temperature gradient ⁇ T / l is used as an index ⁇ for detecting the temperature distribution of the sensor body 40, and this is used as a correction parameter to execute the first correction method and the second correction method described above, ⁇ T ”may be replaced with“ temperature gradient ⁇ T / l ”for execution.
  • the coefficient a is calculated and determined as follows, for example.
  • the semiconductor chip 51 including the strain gauge 52 is used as the pressure detection method (sensing principle) by diaphragm deformation, but the invention is not limited to this.
  • a pressure detection method (sensing principle) using a capacitance type, a metal strain gauge type, or a method of forming a resistance gauge by sputtering or the like may be used.
  • Pressure calculation unit, 90 Control unit, Vr ... Deformation voltage value, Vh ... Thermal shock voltage value, Vp ... Fluid pressure voltage value, N1 ... First temperature measurement position, N2 ... Second temperature measurement position, T1 ... First measurement temperature, T2 ... Second measurement temperature, 51a, 51b, 51c, 51e ... Structure.

Abstract

圧力センサ（１０）は、測定対象の流体の圧力を受ける第１主面及びこの第１主面の反対側に位置する第２主面を含むダイアフラム（２０）とダイアフラム（２０）の外周縁に連接してこれを支持するハウジング（３０）とを含むセンサボディ（４０）と、ダイアフラム（２０）の変形を検出するために第２主面上に配設され、ダイアフラム（２０）の変形に対応した第１の値を出力するセンシング部（５０）と、センサボディ（４０）上の少なくとも２つの位置の温度を測定する温度測定部（６０）と、少なくとも２つの位置の測定温度を用いて第１の値を補正する補正部（７０）と、補正された第１の値から流体の圧力を算出する圧力算出部（８０）と、を備えている。これにより、ダイアフラム（２０）の熱変形に起因した出力変動の影響を抑制することができる。

Description

圧力センサ
　本発明は、圧力センサに関し、特にサニタリー用圧力センサに関する。
　流体の圧力を検出する圧力センサのうち、衛生的な配慮が必要とされる食品分野や医薬品分野等の製造現場等で用いられるサニタリー用圧力センサに対しては、一般的に耐食性、清浄性、信頼性および汎用性等に関して厳しい要件が課せられている。
　例えば、耐食性の要件から、サニタリー用圧力センサは、圧力の測定対象の流体（例えば液体）が接触する接液部分にステンレス鋼（ＳＵＳ）、セラミックスおよびチタン等の耐食性の高い材料を用いなければならない。また、清浄性の要件から、サニタリー用圧力センサは、洗浄しやすいフラッシュダイアフラム構造を有し、且つ蒸気洗浄に対する高い耐熱衝撃性を有していなければならない。また、信頼性の要件から、サニタリー用圧力センサは、封入剤を使用しない構造（オイルフリー構造）およびダイアフラムが破れ難い構造（バリア高剛性）を有していなければならない。
　このように、サニタリー用圧力センサは、使用する材料や構造が他の圧力センサに比べて制限されるため、高感度化が容易ではない。例えば、ダイアフラムが破れ難い構造を実現するためには、ダイアフラムの膜厚を大きくする（ダイアフラムの厚みに対する径のアスペクト比を小さくする）必要があるが、ダイアフラムの膜厚を大きくするとダイアフラムの変形が微小となり、センサ感度が低下するという問題が生じる。このため、サニタリー用圧力センサでは、ダイアフラムの微小な変形を精度良く検出するための技術が求められている。
　例えば、特許文献１，２には、拡散抵抗から成るひずみゲージが形成されたＳｉ等の半導体チップ（ビーム部材）に、ダイアフラムの中心部分の変位のみを伝達し、上記半導体チップの歪に基づくピエゾ抵抗効果による拡散抵抗の抵抗値の変化を検出することでセンサの高感度化を狙った荷重変換型の圧力センサが記載されている。
　この特許文献１、２に記載の従来の荷重変換型の圧力センサでは、平面視長方形状の半導体チップの中心部分をダイアフラムの中心部分において支持するとともに、上記半導体チップの両端を実質的に変動しない位置に固定している。例えば、特許文献１では、短冊状の半導体チップの中心をピボットと呼ばれる棒状部材によってダイアフラムの中心において支持するとともに、半導体チップの長手方向の両端を、絶縁架台を介してダイアフラムの外周縁に形成された厚肉部分に固定している。また、特許文献２では、矩形状の半導体チップの中心をダイアフラムの中心に固定するとともに、半導体チップの長手方向の両端を変動しない台座上に固定している。
　また、サニタリー用圧力センサでは、測定対象の流体が流れる配管との接続部分に継手（例えばフェルール継手）が一般的に採用されている。
　配管とサニタリー用圧力センサとの接続は、クランプバンド（以下、単に「クランプ」とも称する。）と呼ばれる接続部材を用いることによって実現される。具体的には、配管の継手とサニタリー用圧力センサの継手とを対向させて配置し、その２つの継手をクランプのリング状の固定部によって挟み込み、ねじによって固定部を締め付けることによって、配管とサニタリー用圧力センサとを接続する。
　また、クランプを用いて配管とサニタリー用圧力センサとを接続した場合、サニタリー用圧力センサのダイアフラムが少なからず変形し、ひずみゲージを構成する各抵抗の抵抗値が変化することにより、センサ出力のゼロ点（オフセット）がシフトするおそれがある。上記特許文献１，２に記載された平面視長方形状の半導体チップを有する圧力センサの場合、クランプを締め付けるねじの位置によって、ひずみゲージを構成する各抵抗の抵抗値のずれ量が変化するため、クランプを締め付ける位置によってゼロ点のシフト量がばらつく（以下、このばらつきを単に「ゼロ点のシフト量のばらつき」と称することがある。）。したがって、このような圧力センサにあっては、センサ出力のゼロ点を補償するために、クランプを締め付ける位置によってゼロ点の補正量を変えるか、または、ユーザに対して、クランプを締め付ける位置を予め指定しなければならない。
　そこで、特許文献３に記載された圧力センサにおいては、以下に示す構成によって、配管と圧力センサとをクランプを用いて接続したときのセンサ出力におけるゼロ点のシフト量のばらつきを抑えることを可能にしている。
　すなわち、測定流体の圧力を受ける第１主面とこの第１主面の反対側に位置する第２主面とを備えるダイアフラムにおいて、上記第２主面の中心に第１構造体を配設し、また、この第１構造体と離間する位置にあってかつ平面視において前記第２主面の中心を通り互いに直交する２本の直線上に少なくとも２つの第２構造体を設け、さらに、これら第１構造体および少なくとも２つの第２構造体によって２組の抵抗対（例えば、第１抵抗と第２抵抗とからなる抵抗対と、第３抵抗と第４抵抗とからなる抵抗対）が配設されたホイートストンブリッジ回路からなるひずみゲージを備えた半導体チップを支持する。当該構成に加えて、上記２組の抵抗対を、それぞれ平面視で第１構造体と少なくとも２つの第２構造体との間の領域にあって、かつ各組の一方の抵抗同士、例えば、第１抵抗と第４抵抗、および第２抵抗と第３抵抗がともに同一方向に延在するように配置する。このような構成によれば、ダイアフラムが変形すると、第１抵抗と第４抵抗および第２抵抗と第３抵抗が同一の方向に伸縮するため、センサ出力におけるゼロ点のシフト量のばらつきを抑えることができる。　
特開２００４－４５１４０号公報 特開昭６３－２１７６７１号公報 特開２０１８－４５９２号公報
　ところで、オイルフリー構造のサニタリー用圧力センサにあっては、測定対象である流体が、オイルを介することなく圧力測定部であるダイアフラムおよびこれを支持するハウジングに直接接することになるため、例えば、上記ダイアフラムおよびこれを支持するハウジングが、これら部材よりも高温または低温の流体に接すると、ダイアフラムおよびハウジングに（不均一な）温度分布が生じる。このダイアフラムおよびハウジングの温度分布は、測定対象である流体の圧力とは無関係にダイアフラムを変形させ（以下、このダイアフラムの変形を単に「熱変形」と称することがある。）、圧力センサにおいて、流体の圧力とは無関係な熱変形に起因した出力変動を生じさせる。このため、測定対象である流体の熱エネルギに起因した温度分布は、サニタリー用圧力センサを用いた圧力測定において、誤差要因の１つになっている。
　ダイアフラムおよびこれを支持するハウジングと、これら部材に接する測定対象である流体との間の温度差（以下、「熱衝撃」と称することがある。）に起因した熱変形による測定誤差は、衛生管理に関する法規制の厳格化が図られている現状に鑑みれば、早急に解消しなければならない技術課題の１つである。
　本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱変形に起因した出力変動を補正することができる圧力センサを提供することにある。
　本発明に係る圧力センサ（１０）は、測定対象の流体の圧力を受ける第１主面及びこの第１主面の反対側に位置する第２主面を含むダイアフラム（２０）と、前記ダイアフラムの外周縁に接続してこれを支持するハウジングとを含むセンサボディ（４０）と、前記ダイアフラムの前記第２主面上に配設され、前記ダイアフラムの変形に対応した第１の値を出力するように構成されたセンシング部（５０）と、前記センサボディ上の少なくとも２つの位置の温度を測定するように構成された温度測定部（６０）と、前記少なくとも２つの位置の温度を用いて前記第１の値を補正するように構成された補正部（７０）と、補正された前記第１の値から前記流体の圧力を算出するように構成された圧力算出部（８０）とを備えることを特徴とする。
　前記圧力センサにおいて、前記補正部は、前記少なくとも２つの位置の温度を用いて前記ダイアフラムの熱変形に起因した前記センシング部の出力の変動分を第２の値として算出するように構成された出力変動値算出部と、この第２の値を用いて前記第１の値を補正するように構成された出力値補正部を含むように構成してもよい。
　また、前記圧力センサにおいて、前記補正部は、前記少なくとも２つの異なる位置の温度から補正用パラメータを算出するように構成された補正用パラメータ算出部をさらに含み、前記出力変動値算出部は、前記補正用パラメータの値を用いて前記第２の値を算出するように構成してもよい。
　さらに、前記圧力センサにおいて、前記補正用パラメータは、前記少なくとも２つの位置の温度の差分であってもよい。
　また、前記圧力センサにおいて、前記補正用パラメータは、前記少なくとも２つの位置の間の温度勾配であってもよい。
　さらに、前記圧力センサにおいて、前記出力値補正部は、前記少なくとも２つの異なる位置の測定温度に基づいて決定される所定の係数を前記補正用パラメータに乗じることで前記第２の値を算出するように構成してもよい。
　また、前記圧力センサにおいて、前記出力変動値算出部は、前記温度測定部によって時系列的に測定される前記少なくとも２つの位置の温度のうちの一つの時点における温度に基づいて前記係数を決定するように構成してもよい。
　さらに、前記圧力センサにおいて、前記出力変動値算出部は、前記温度測定部によって時系列的に測定された前記少なくとも２つの位置の温度のうちの少なくとも２つの異なる時点における温度ごとに前記係数をそれぞれ決定するように構成してもよい。
　また、前記圧力センサにおいて、前記少なくとも２つの異なる位置は、前記第１主面に垂直な方向に互いが離間しているように構成してもよい。
　さらに、前記圧力センサにおいて　前記少なくとも２つの異なる位置のうちの１つは、前記ハウジングの上端部であるように構成してもよい。
　また、前記圧力センサにおいて、前記少なくとも２つの異なる位置のうちの１つは、前記ダイアフラムの前記第１主面または前記第２主面であるように構成してもよい。
　さらに、前記圧力センサに含まれる圧力センサ素子（１）が、測定対象の流体の圧力を受ける第１主面及びこの第１主面の反対側に位置する第２主面を含むダイアフラムと、前記ダイアフラムの外周縁に接続してこれを支持するハウジングとを含むセンサボディと、前記ダイアフラムの前記第２主面上に配設され、前記ダイアフラムの変形に対応した第１の値を出力するように構成されたセンシング部と、前記センサボディ上の少なくとも２つの位置の温度を測定するように構成された温度測定部とを備えるように構成してもよい。
　なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。
　本発明によれば、熱変形に起因した測定誤差を抑制できる圧力センサを提供することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る圧力センサの断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る圧力センサおよびこれと接続する配管との接続構造を示す断面図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態に係る圧力センサの構成を示すブロック図である。 図３Ｂは、制御部のハードウェア構成を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る圧力センサの一部を構成するセンシング部のひずみゲージの構成を示す回路図である。 図５は、熱衝撃が加わった際の圧力センサ各所の温度の時間応答を示す図である。 図６は、熱衝撃が加わった際の圧力センサのコンター図（等値線図）である。 図７は、熱衝撃が加わった際の圧力センサ各所の温度差およびダイアフラムの熱変形の時間応答を示す図である。 図８Ａは、本発明の実施の形態に係る圧力センサを用いて圧力値を算出する過程を示すフロー図である。 図８Ｂは、本発明の実施の形態に係る圧力センサを用いて圧力値を算出する際に用いられる係数を求める過程を示すフロー図である。 図９は、熱衝撃が加わった際の本発明の実施の形態に係る圧力センサの出力変動および従来の圧力センサの出力変動の時間応答を示す図である。 図１０は、本発明の別の実施の形態に係る圧力センサを用いて圧力値を算出する過程を示すフロー図である。
≪圧力センサの構成≫
　はじめに、本実施の形態に係る圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０の構成を、図１ないし４を参照しながら説明する。なお、説明文中の前後方向、上下方向および左右方向は、図２に示された圧力センサ素子１の紙面に対する奥行き方向、上下方向および左右方向としてそれぞれ定義されるものとする。
　圧力センサ素子１は、図１および図２に示すように、ダイアフラム２０と、このダイアフラム２０の外周縁に接続してこれを支持するハウジング３０とから構成されたセンサボディ４０によってその外形が形成されており、さらに、ダイアフラム２０の変形量を電気的信号として検出し所定の値（この所定の値は、本発明の「第１の値」に相当する。）を出力するセンシング部５０と、センサボディ４０上の少なくとも２つの位置の温度を測定する温度測定部６０とを備えている。
　また、圧力センサ１０は、圧力センサ素子１を含み、さらに、温度測定部６０によって測定された温度を用いて算出される値（この値は、本発明の一態様における「第２の値」に相当する。）を用いてセンシング部５０が出力する上記所定の値を補正する補正部７０、および補正された上記所定の値に対応した補正圧力を算出する圧力算出部８０から構成された制御部９０を備える。
　センサボディ４０の下端面４１の一部を形成するダイアフラム２０は、測定対象である流体Ｆから圧力Ｐを受ける薄膜状の要素であって、例えば、円盤状に薄く成形されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるが、セラミックスまたはチタン等の他の耐食性の高い材料を用いて成形してもよい。ダイアフラム２０の下面は、流体Ｆと接して圧力Ｐを受ける接液面２１（この接液面２１は、本発明の一態様における「第１主面」に相当する。）を形成し、また、ダイアフラム２０の上面は、センシング部５０が配設される変形測定面２２（この変形測定面２２は、本発明の一態様における「第２主面」に相当する。）を形成する。変形測定面２２は、例えば、大気圧を受ける受圧面としても機能する。
　ダイアフラム２０とともにセンサボディ４０を構成するハウジング３０は、円筒状を呈した要素であって、ダイアフラム２０の外周縁に接続してこれを支持する。ハウジング３０は、例えば、耐食性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるが、セラミックスまたはチタン等の他の耐食性の高い材料を用いて成形してもよい。ハウジング３０の外周縁には、図１および図２に示すように、半径方向外側に向かって突出したフェルールフランジ部３０ｆが設けられており、また、配管Ｈの接合端部にもフェルールフランジ部Ｈｆが設けられている。圧力センサ素子１と配管Ｈとは、図２に示すように、ハウジング３０のフェルールフランジ部３０ｆと配管Ｈのフェルールフランジ部Ｈｆとが互いに重なり合い、これらがクランプによって上下方向に挟持されることで互いが連結する構造（いわゆる、フェルール継手構造）となっている。
　ハウジング３０の内周側壁面３０Ａは、その下部でダイアフラム２０の外周縁と接続し、ダイアフラム２０と共に、流体Ｆが流れる配管Ｈの内部と隔絶された円柱状の空間を形成している。また、この空間には、次に述べるセンシング部５０が配設されている。
　センシング部５０は、ダイアフラム２０の変形を検出し、この変形量に応じた電気的信号、より具体的には、電圧値（この電圧値は、本発明の「第１の値」に相当する。）を出力する機能部である。なお、この電圧値を、以下、「変形電圧値Ｖｒ」と称することとする。
　このようなセンシング部５０は、例えば、ダイアフラム２０の変形測定面２２上に立設された複数の構造体５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅと、これら構造体５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅによって支持された半導体チップ５１とから構成されている。　この半導体チップ５１は、例えば平面視多角形状に形成され、Ｓｉ等の半導体材料から成る基板Ｂと、この基板Ｂの上に形成されたホイートストンブリッジ回路５３からなるひずみゲージ５２とを含む。
　なお、上述の構造体５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅによって支持された半導体チップ５１は、本発明者らが創作した特許文献３に記載の半導体チップに準じたものであるが、これら構造体５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅを介さずに、例えば半導体チップ５１を直接変形測定面２２に貼設してもよい。
　ひずみゲージ５２として機能するホイートストンブリッジ回路５３は、図４に示すように、構造体５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅを介してダイアフラム２０上に貼設された抵抗素子Ｒ１ないしＲ４（例えば拡散抵抗）を具備し、ダイアフラム２０の変形を、以下のようにして変形電圧値Ｖｒの形で検出する。すなわち、ダイアフラム２０が変形すると、この上に前記構造体を介して貼設された抵抗素子Ｒ１ないしＲ４の長さが変形（伸縮）して、その抵抗値Ｒが増減する。この抵抗値Ｒの変化を、一定の電流Ｉが流れたホイートストンブリッジ回路５３を用いて、互いが並列に接続された２組の抵抗対（抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２とからなる抵抗対および抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ４とからなる抵抗対）の接点間（接点Ａと接点Ｂとの間）の電圧値（変形電圧値Ｖｒ）の変化として検出する。
　温度測定部６０は、センサボディ４０上の少なくとも２つの位置の温度を測定する複数の温度センサからなる。本実施の形態においては、温度測定部６０は、２つの位置の温度を測定する２つの温度センサ６０－１および温度センサ６０－２からなり、これら２つの温度センサ６０－１および温度センサ６０－２は、センサボディ４０上の異なる２つの位置にそれぞれ貼設された熱電対によって構成されている。以下、熱電対６１－１が貼設される位置を「第１温度測定位置Ｎ１」と称し、熱電対６１－２が貼設される位置を「第２温度測定位置Ｎ２」と称することとする。また、第１温度測定位置Ｎ１の測定温度を「第１測定温度Ｔ１」と称し、第２温度測定位置Ｎ２の測定温度を「第２測定温度Ｔ２」と称することとする。
　上記第１温度測定位置Ｎ１および第２温度測定位置Ｎ２は、熱衝撃が加わることで生じるセンサボディ４０の温度分布を検出できる位置にあることが望ましい。このため、第１温度測定位置Ｎ１および第２温度測定位置Ｎ２は、熱衝撃が加わる接液面２１に垂直な方向、換言すれば、円筒状を呈したハウジング３０の軸心が延在する方向に沿って離間していることが望ましい。さらに、第１温度測定位置Ｎ１および第２温度測定位置Ｎ２を結ぶ直線と接液面２１の法線とが平行であれば、なお望ましい。例えば、本実施の形態では、第１温度測定位置Ｎ１が、センサボディ４０を構成するダイアフラム２０の変形測定面２２上のハウジング３０の内周側壁面３０Ａ近傍に設けられ、第２温度測定位置Ｎ２が、センサボディ４０を構成するハウジング３０の上端面３２上にあってかつ平面視において第１温度測定位置Ｎ１と略同一の径上に設けられている（図１参照）。このように、第１温度測定位置Ｎ１と第２温度測定位置Ｎ２とを、ダイアフラム２０の接液面２１に垂直な方向、換言すれば、ハウジング３０の軸心が延在する方向に沿って最大限離間する位置に配置することによって、センサボディ４０の温度差δＴの最大値を検出することができる。
　なお、第１温度測定位置Ｎ１および第２温度測定位置Ｎ２は、上述した２つの位置に限定されるわけではない。例えば、ダイアフラム２０の変形測定面２２上に配設された温度センサ６０－１を、ハウジング３０の内周側壁面３０Ａまたは外周側壁面３０Ｂに配設するなど、センサボディ４０上のその他の位置に設けてもよい。この場合、内周側壁面３０Ａまたは外周側壁面３０Ｂに設けられた穴部に熱電対を嵌入するようにして設置してもよい。
　このような位置に温度センサ６０－１を配設することで、例えば、ダイアフラム２０の変形測定面２２に温度センサ（熱電対）が貼設されることで生じ得るダイアフラム２０の応答性（圧力感度）の低下を回避することができる。
　また、温度測定部６０を構成する温度センサの数（換言すれば、温度測定部６０によって温度測定される位置の数）は、２つに限定されるわけではなく、３つ以上であってもよい。３つ以上の温度センサ６０－ｗ（ｗは３以上の整数）を、ダイアフラム２０の接液面２１に垂直な方向に沿って離間するように配設することによって、例えば、後述する第２の補正方法を用いた圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０において、センサボディ４０の温度分布をより高い精度で検出することができる。
　制御部９０を構成する補正部７０は、センシング部５０により検出されたダイアフラム２０の変形量に応じた変形電圧値Ｖｒと、温度測定部６０により測定された第１測定温度Ｔ１および第２測定温度Ｔ２とから、熱変形に起因した出力変動を排除した補正電圧値Ｖｃを算出する演算部である。本実施の形態の補正部７０は、例えば図３Ａに示すように、補正用パラメータ算出部７１と出力変動値算出部７２と出力値補正部７３とから構成されている。
　補正用パラメータ算出部７１は、変形電圧値Ｖｒを補正するための補正用パラメータ、例えば、温度センサ６０－１および温度センサ６０－２によって測定された第１測定温度Ｔ１および第２測定温度Ｔ２の差分δＴを算出する演算部である。補正用パラメータ算出部７１は、温度測定部６０と電気的に接続されており、この温度測定部６０から出力される信号ＳＴを受信することで、第１測定温度Ｔ１および第２測定温度Ｔ２に関する情報を取得して、例えば、これらの差分δＴを時系列的に算出する。
　出力変動値算出部７２は、補正用パラメータ算出部７１で算出された補正用パラメータと後述する係数ａとを用いて、熱変形に起因した出力変動に相当する電圧値（以下、この電圧値を「熱変形電圧値Ｖｈ」と称する。この熱変形電圧値Ｖｈは、本発明の一態様における「第２の値」に相当する。）を算出する演算部である。
　出力値補正部７３は、熱変形電圧値Ｖｈと変形電圧値Ｖｒとから、熱変形に起因した出力変動を排除した補正電圧値Ｖｃを求める演算部である。出力値補正部７３は、センシング部５０と電気的に接続されており、このセンシング部５０から出力される信号ＳＶｒを受信することで、変形電圧値Ｖｒに関する情報を取得する。
　制御部９０を構成する圧力算出部８０は、補正部７０によって補正された補正電圧値Ｖｃに対応する補正圧力Ｐｃを、例えば所定の較正曲線を用いて時系列的に算出する演算部である。
　補正用パラメータ算出部７１、出力変動値算出部７２および出力値補正部７３からなる補正部７０と圧力算出部８０とから構成される制御部９０は、例えば、図３Ｂに示すＣＰＵおよびメモリ等のハードウェア資源からなり、センサボディ４０と物理的に離間した位置に配設されている。補正用パラメータ算出部７１および出力値補正部７３、ならびに圧力算出部８０における各演算は、上記ハードウェア資源と上記メモリ内に記憶された所定の演算プログラムとが協働することによって実行される。
≪補正方法≫
　次に、本実施の形態に係る圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０において実行される熱変形に起因した出力変動の算出方法、およびこれを用いた測定圧力値の補正方法について、図５ないし図１０を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、便宜上、装置の清浄性を保つために定期的に実施される蒸気洗浄によって圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０に熱衝撃が加えられた場面を例に説明するが、以下に述べる補正方法は、この蒸気洗浄時に限って適用されるわけではなく、例えば、通常動作時において生じ得る流体Ｆの温度変化に起因した出力変動に対しても適用することができる。
＜補正の原理＞
　まず、補正の原理、すなわち、熱変形に起因した出力変動の算出と、この出力変動を用いた測定圧力値の補正の考え方を、図５ないし図７を参照しながら説明する。
　上述したように、本実施の形態に係る圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０が取付けられた装置において、清浄性を保持するために定期的に行われる蒸気洗浄が実施され配管内へ高温・高圧の蒸気が導入されると、ダイアフラム２０の接液面２１およびハウジング３０の下端面３１に熱衝撃が加わる。このとき、蒸気と接する部分の温度、例えば接液ダイアフラムの温度は、図５における実線で示すように、急激に上昇する。これに対し、熱源である蒸気から離間しかつ外気に触れているハウジング３０の上端面３２の温度は、図５における破線で示すように、高温・高圧の蒸気が導入された直後は外気と略同じであり、時間の経過とともに蒸気の熱がハウジング３０の中を伝達することで、次第に上昇していく。
　図６は、蒸気洗浄が開始された直後の圧力センサ素子１の温度分布を示したコンター図（等値線図）である。この図６からも解るように、蒸気洗浄開始直後のセンサボディ４０にあっては、ダイアフラム２０およびハウジング３０の下端面３１と略平行に（換言すれば、熱源に接する接液面２１に垂直な方向に沿って）複数の等温面がならぶ形で温度分布が形成される。
　ここで、一般的な金属材料においては、その性質上、温度に略比例して熱膨張する。このため、金属製のセンサボディ４０において、図６にみられるような温度分布、すなわち、センサボディ４０の下端面４１（ダイアフラム２０およびハウジング３０の下端面３１）が高温状態にあり上端面４２（ハウジング３０の上端面３２）が低温状態にある温度分布が生じると、センサボディ４０全体が下方へ突出するようにして熱変形することが想定される。
　そこで、熱変形に起因する出力変動を補正するために、本発明者らは、次のような前提事項を考えた。
　すなわち、［ｉ］熱衝撃を受けたときのダイアフラム２０の変形は、接液面２１に加わる流体の圧力に起因した変形に、センサボディ４０の上記熱変形に起因した変形が加わる。［ｉｉ］センサボディ４０の上記熱変形は、センサボディ４０の温度分布、具体的には、接液面２１に垂直な方向に沿って温度勾配が生じるような温度分布に依存する。［ｉｉｉ］センサボディ４０の温度分布は、センサボディ４０上の異なる複数の位置で測定された温度を指標（以下、この指標を「指標α」と称する。）として近似的かつ部分的に把握することができる。［ｉｖ］上記指標αとして、例えば、異なる複数の位置で測定された温度の差分δＴを用いることができる。
　上記前提事項［ｉ］ないし［ｉｖ］に基づけば、センサボディ４０の上記熱変形に起因したダイアフラム２０の変形（ダイアフラム２０の熱変形）と指標α、例えば、センサボディ４０上の異なる複数の位置で測定された温度の差分δＴ（以下、「センサボディ温度差δＴ」と称する。）との間には相関があり、この相関を利用することによって、センサボディ温度差δＴ等の指標αからダイアフラム２０の熱変形を算出できることになる。
　図７は、熱衝撃時におけるダイアフラム熱変形の時間応答に関するシミュレーション結果と指標αの時間応答とを比較した図である。図７では、指標αとしてセンサボディ温度差δＴの代わりに温度比が用いられており、左側の縦軸は温度比である。また、図７におけるダイアフラム熱変形量を表す線図には、センサボディ温度差δＴの線図と重なるように、所定の係数を乗じている。
　図７から、ダイアフラム２０の熱変形と、センサボディ温度差δＴとの間には、一方を他方の一次関数で略表せる程度の強い相関関係があることが解る。
　このため、ダイアフラム２０の熱変形をセンサボディ温度差δＴの一次関数として近似的に表し、このときの傾きに相当する値を、例えば一時刻ｔにおけるセンサボディ温度差δＴを用いて求めることができれば、一時刻ｔ以降の時々刻々と変化するダイアフラム熱変形の近似値を、このセンサボディ温度差δＴを用いて算出することができる。なお、この傾きに相当する値は、上記所定の係数に相当する値である。
　本実施の形態における補正方法は、前記前提事項［ｉ］ないし［ｉｖ］から導かれる上記理解、すなわち、センサボディ４０の温度分布を表す指標α（例えば、センサボディ温度差δＴ）とダイアフラム熱変形との間には相関関係があり、ダイアフラム熱変形は、指標αの一次関数として近似的に算出できるとの理解に立脚するものである。
　なお、本実施の形態に係る圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０にあっては、上述したように、ダイアフラム熱変形が、ひずみゲージ５２を含むホイートストンブリッジ回路５３を用いて変形電圧値Ｖｒの形で検出される。このため、詳細については後述する第１の補正方法および第２の補正方法等においては、ダイアフラム熱変形に対応する変形電圧値Ｖｈを指標αの一次関数として近似的に算出することができる。例えば、センサボディ温度差δＴを指標αとし、この指標αに対する変形電圧値Ｖｒの傾きを所定の定数ａとした場合、熱変形電圧値Ｖｈは、関係式Ｖｈ＝ａ×δＴを用いて近似的に算出することができる。
＜第１の補正方法＞
　次に、図８Ａおよび８Ｂを参照しながら、第１の補正方法について説明する。
　この第１の補正方法は、例えば図８Ａに示すように、ステップＳ１ないしＳ７によって実行される。ここで、ステップＳ１およびＳ２は、並列的に実行され、ステップＳ３ないしＳ７は、これらステップＳ１およびＳ２続いて順次実行されるように構成されている。
まず、圧力センサ素子１を構成するセンシング部５０によって、ダイアフラム２０の変形に対応する変形電圧値Ｖｒを検出する（ステップＳ１）。
ここで、ダイアフラム２０の変形は、流体Ｆの圧力Ｐに起因した変形と熱衝撃に起因した変形Ｌｈとを含んでいる。このため、ダイアフラム２０の変形に対応する変形電圧値Ｖｒは、流体Ｆの圧力Ｐに起因した出力成分（以下、「流体圧力電圧値Ｖｐ」と称する。）と熱衝撃に起因した出力成分（熱変形電圧値Ｖｈに相当）との合算値（Ｖｒ＝Ｖｐ＋Ｖｈ）となる。
　また、ステップＳ１と並行して、圧力センサ素子１を構成する温度測定部６０によって、センサボディ４０上の少なくとも２つの異なる位置である第１温度測定位置Ｎ１および第２温度測定位置Ｎ２のそれぞれの温度、すなわち、第１測定温度Ｔ１および第２測定温度Ｔ２を測定する（ステップＳ２）。
　さらに、ステップＳ１およびＳ２に続くステップＳ３では、熱衝撃が加わったときのセンサボディ４０の温度分布を表す指標αに相当し、かつ変形電圧値Ｖｒを補正する補正用パラメータに相当するセンサボディ温度差δＴを算出する。このステップＳ３は、補正部７０、より具体的には、補正用パラメータ算出部７１によって実行される。
　センサボディ温度差δＴは、ステップＳ２で測定される第１温度測定位置Ｎ１の第１測定温度Ｔ１と第２温度測定位置Ｎ２の第２測定温度Ｔ２とを用いて算出され、補正部７０の出力値補正部７３に向けて出力される。
　センサボディ温度差δＴが算出されると、補正部７０、より具体的には、出力変動値算出部７２において、このセンサボディ温度差δＴを用いて熱変形電圧値Ｖｈが算出される（ステップＳ４）。熱変形電圧値Ｖｈは、上述したように、関係式Ｖｈ＝ａ×δＴ（ａは係数）から近似的に算出される。
　ここで、係数ａの算出方法について説明する。係数ａは、上述したように、ダイアフラム熱変形に対応する変形電圧値Ｖｈをセンサボディ温度差δＴの一次関数（原点を通る一次関数）で表したときの傾き（Ｖｈ／δＴ）に相当する値である。ここで、変形電圧値Ｖｒ、流体圧力電圧値Ｖｐおよび熱変形電圧値Ｖｈの間には、上述したように、関係式Ｖｒ＝Ｖｐ＋Ｖｈが成り立つ。したがって、係数ａは、センサボディ温度差δＴ、変形電圧値Ｖｒおよび流体圧力電圧値Ｖｐをパラメータとして、関係式ａ＝（Ｖｒ―Ｖｐ）／δＴから算出することができる。
　図８Ｂは、係数ａの算出方法の一例を示したものである。
　変形電圧値Ｖｒおよびセンサボディ温度差δＴは、それぞれステップＳ１およびステップＳ３で検出または算出された値を用いる。流体圧力電圧値Ｖｐについては、例えば、測定対象である流体Ｆの供給源に配設されているリファレンス圧力計から出力されるリファレンス電圧値Ｖｐｒｅｆを取得してこれを用いる（ステップＳ４―２）。これらパラメータの値を関係式ａ＝（Ｖｒ―Ｖｐ）／δＴに代入することで、係数ａが算出される（ステップＳ４―３）。
　第１の補正方法においては、係数ａの算出に用いられる変形電圧値Ｖｒ、リファレンス電圧値Ｖｐおよび温度差δＴの値は、いずれも同一の時刻、例えば時刻ｔで測定された値とする。また、第１の補正方法では、この同一の時刻ｔにおける変形電圧値Ｖｒ、リファレンス電圧値Ｖｐおよび温度差δＴの値を用いて算出された係数ａを、時系列的に不変の係数として用いる。
　ステップＳ４において、関係式Ｖｈ＝ａ×δＴを用いて熱変形電圧値Ｖｈが算出されると、補正部７０、より具体的には、出力値補正部７３において、この熱変形電圧値ＶｈとステップＳ１によって検出された変形電圧値Ｖｒとを用いて、関係式Ｖｃ＝Ｖｒ―Ｖｈから熱変形に起因した出力変動が排除された補正電圧値Ｖｃが算出される（ステップＳ５）。
　補正電圧値Ｖｃが算出されると、圧力算出部８０において、補正電圧値Ｖｃに対応する補正圧力値Ｐｃが算出される（ステップＳ６）。
　補正圧力値Ｐｃは、圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０の製品特性、より具体的には、センシング部５０を構成する半導体チップ５１の製品特性である電圧値および圧力に関する較正曲線を用いて算出される。
　以上のステップＳ１ないしＳ６は、圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０が備え付けられた装置が停止するまで繰り返され、装置が停止することによって終了する（ステップＳ７）。
　第１の補正方法を経て算出された補正電圧値Ｖｃと、センシング部５０から出力される変形電圧値Ｖｒ（補正前の出力電圧値）とを比較した結果を図９に示す。図９の縦軸は、熱変形に起因した出力変動を表し、横軸は時間を表す。この図９から、熱衝撃が加えられた直後を除く補正電圧値Ｖｃにおいて、熱変形に起因した出力変動が排除されていることが解る。
〔第１の補正方法の効果〕
　第１の補正方法を用いた本実施の形態に係る圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０によれば、センサボディ４０上の少なくとも２つの位置の温度を測定する２つの温度センサ６０－１および温度センサ６０－２を所定の位置に配設し、また、補正部７０を構成する各種演算処理プログラムを既存の制御装置等に付加するだけの簡易かつ単純な構造・構成によって、熱変形に起因した出力変動（熱変形電圧値Ｖｈ）を効果的に排除することができる。これによって、例え熱衝撃等が加えられる使用環境にあっても、常に高い精度で流体圧力の測定が可能な圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０を提供することができる。
　また、温度センサ６０－１が、ハウジング３０の内周側壁面３０Ａまたは外周側壁面３０Ｂに配設された仕様、すなわち、ダイアフラム２０に温度センサが貼設されていない仕様にあっては、流体圧力に対するダイアフラム２０の応答性（圧力感度）を低下させることがなく、また、以下に述べるように、熱変形に対する補正の精度に関しても、温度センサ６０－１がダイアフラム２０に貼設された仕様と同程度の高い精度を維持することができる。
　すなわち、熱衝撃が加わったときのダイアフラム２０は、上述したように、センサボディ４０の熱変形に倣って変形し（前提事項［ｉ］参照）、さらに、センサボディ４０の熱変形は、専ら体積占有率の大きなハウジング３０の熱変形に支配されると考えられる。このため、ダイアフラム２０の温度を測定することなくハウジング３０の温度分布を検出するだけの仕様によっても、ダイアフラム２０に温度センサ６０－１が貼設された仕様と同程度の圧力測定精度が維持できると考えられる。
＜第２の補正方法＞
　次に、図１０を参照しながら、第２の補正方法について説明する。この第２の補正方法と第１の補正方法との相違点は、上述したように、係数ａの算出・決定の方法にある。
　第２の補正方法は、図１０に示すように、ステップＳ１００ないしＳ１０８によって説明される。このうちのステップＳ１０３およびステップＳ１０４は、係数ａの算出に関するステップであって、図８Ｂで示される第１の補正方法におけるステップＳ４－２およびＳ４－３に代わるものある。
　なお、ステップＳ１０１は第１の補正方法におけるステップＳ２、ステップＳ１０２は同ステップＳ３、ステップＳ１０５は同ステップＳ４、ステップＳ１０６は同ステップＳ５、ステップＳ１０７は同ステップＳ６、ステップＳ１０８は同ステップＳ７にそれぞれ対応する。このため、重複する部分の説明は省略する。
　まず、第２の補正方法における係数ａの算出・決定の考え方について説明する。
　係数ａは、上述したように、ダイアフラム熱変形に対応する変形電圧値Ｖｈをセンサボディ温度差δＴの一次関数（原点を通る一次関数）で表したときの傾き（Ｖｈ／δＴ）に相当する値である。
　ここで、熱変形電圧値Ｖｈは、上述した「補正の原理」および図７によって示される内容によれば、センサボディ４０の一つの温度分布から一意に定まる。また、センサボディ温度差δＴは、温度測定位置Ｎが変わらない限り、センサボディ４０の一つの温度分布の態様から一意に定まる。
　したがって、熱変形電圧値Ｖｈとセンサボディ温度差δＴとの比として算出される係数ａも、所定の温度測定位置Ｎにおいて、センサボディ４０の一つの温度分布に対して一意に定まる。
　そこで、第２の補正方法では、予め次の方法にしたがって複数の温度分布データに対応する係数ａを求めておく。
　例えば、センサボディ４０の異なるｐ個（ｐは２以上の整数）の温度測定位置Ｎｙ（ｙ＝１、２、・・・ｐ）における温度データ｛ＴＮ１、ＴＮ２、・・・ＴＮｐ｝からなる温度分布データを予めｍ個（ｍは２以上の自然数）用意し（以下、各温度分布データを「温度分布データＴＤｊ（ｊ＝１、２、・・・ｍ）」と称し、これらを「温度分布データＴＤ」と総称することがある。）、これら温度分布データＴＤｊとこれらに対応する係数ａｊとを、個々の圧力センサ１０に関する製品特性値として、各圧力センサ１０が備えるメモリ等に温度分布データＴＤｊと対応付けて記憶しておく。ここで、温度分布データＴＤｊおよびこれらに対応する係数ａｊは、実機および／またはシミュレーションを用いて測定または算出することができる。また、ｍ個の温度分布データＴＤｊおよび係数ａｊは、これらを互いに対応付けたテーブルの形式で記憶しておくことができる。
　なお、温度測定位置Ｎが任意に変更され得る場合には、ｍ個の温度分布データＴＤｊ毎に、センサボディ４０上に設けられた複数の温度測定位置Ｎｘと係数ａｊとが関連付けられたマッピングデータＭＤｊを用意しておくことが望ましい。
　第２の補正方法では、センサボディ４０上の少なくとも２つの異なる位置に相当する第１温度測定位置Ｎ１および第２温度測定位置Ｎ２の実測温度（第１測定温度Ｔ１および第２測定温度Ｔ２）を測定すると（ステップＳ１０１（第１のステップＳ２に対応））、補正部７０は、これら実測温度とメモリ内のｍ個の温度分布データＴＤｊ（ｊ＝１～ｍ）とを照合する（ステップＳ１０３）。
　上記照合は、例えば補正部７０の補正用パラメータ算出部７１において、以下のようにして実行される。
　すなわち、ｍ個の温度分布データＴＤｊ（ｊ＝１～ｍ）におけるそれぞれの第１温度測定位置Ｎ１の温度（以下、「第１リファレンス温度ＲＴ１ｊ（ｊ＝１～ｍ）」と称する。）および第２温度測定位置Ｎ２の温度（以下、「第２リファレンス温度ＲＴ２ｊ（ｊ＝１～ｍ）」と称する。）と、温度測定部６０によって計測された第１温度測定位置Ｎ１の第１測定温度Ｔ１および第２温度測定位置Ｎ２の第２測定温度Ｔ２とを比較する。当該照合の結果、双方が一致、または最も近い温度分布データＴＤｉが、データベースＤＢの中から１つ選択される。
　次にステップＳ１０３において選択された温度分布データＴＤｉに対応する係数ａｉを、補正用の係数ａとして決定する（ステップＳ１０４）。このステップＳ１０４は、例えば補正部７０の出力値補正部７３において実行される。
　上述したステップＳ１０３およびＳ１０４によって決定された補正用の係数ａにステップＳ１０２で算出されたセンサボディ温度差δＴを乗じることで、熱衝撃に起因した熱変形電圧値Ｖｈが算出される（ステップＳ１０５）。このステップＳ１０５は、上述したように、第１の補正方法のステップＳ４に対応し、以降、ステップＳ１０５ないしステップＳ１０７（第１の補正方法のステップＳ５およびＳ６に対応）を経て、補正圧力値Ｐｃが算出される。
　以上のステップＳ１００ないしＳ１０７は、圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０が備え付けられた装置が停止するまで繰り返され、装置が停止することによって終了する（ステップＳ１０８）。
〔第２の補正方法の効果〕
　第２の補正方法を用いた本実施の形態に係る圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０によれば、温度分布データＴＤｉと係数ａｉとを対応付けてこれらをメモリ等に記憶・保存しておく点で第１に補正方法と異なるが、ハードウェア等の基本的な構造・構成は、第１の補正方法を用いた本実施の形態と同様である。したがって、第１の補正方法を用いた本実施の形態の効果と同様に、簡易かつ単純な構造・構成によって、熱変形に起因した出力変動（熱変形電圧値Ｖｈ）を排除することができる。
　また、次に述べるように、温度測定位置を３つ以上設けることで、センサボディ４０の温度分布をより高い精度で検出できる仕様にすることもできる。
＜変形例１：温度測定位置を３つ以上設けた場合の補正方法＞
　上記第１の補正方法および第２の補正方法では、センサボディ４０上の異なる２つの位置の温度を測定する仕様であったが、センサボディ４０上の異なる３つ以上の位置の温度を測定する仕様としてもよい。
　この仕様によれば、例えば、第２の補正方法のステップＳ１０３で実行される、測定温度データとデータベースＤＢ内に記憶・保存されている温度分布データＴＤｊ（ｊ＝１～ｍ）との照合を、３つ以上の温度測定位置で行うことになるため、高精度の照合が可能になる。この結果、より高い精度で補正圧力値Ｐｃを算出することができる。
＜変形例２：異なる複数の時点で算出・決定された係数ａを用いた補正方法＞
　第１の補正方法のステップＳ４および第２の補正方法のステップＳ１０５では、熱変形電圧値Ｖｈを算出するにあたり、一時刻ｔで測定された各パラメータ値（変形電圧値Ｖｒ、リファレンス電圧値Ｖｐ、温度差δＴ（第１測定温度Ｔ１、第２測定温度Ｔ２））を用いて算出・決定された係数ａを、時系列的に不変の固定された係数として用いていた。しかし、これに代えて、温度測定部６０において計測・取得される第１測定温度Ｔ１および第２測定温度Ｔ２に関する時系列情報の中から、所定の周期でサンプリングした情報、すなわち、一定の間隔でならぶ複数の時刻ｔｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）ごとに測定された第１測定温度Ｔ１ｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）および第２測定温度Ｔ２ｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）を用いて、それぞれの時刻ｔｋごとに係数ａｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）を算出・決定するように構成してもよい（図７参照）。なお、ｔｋは、必ずしも一定の周期でサンプリングされたものに限定さるわけではない。
　例えば、第１の補正方法では、温度測定部６０において逐次計測・取得される第１測定温度Ｔ１および第２測定温度Ｔ２に関する時系列情報の中から、時刻ｔｋにおける第１測定温度Ｔ１ｋおよび第２測定温度Ｔ２ｋの値を取得し（図８ＡのステップＳ２）、補正部７０の補正用パラメータ算出部７１において逐次算出されるセンサボディ温度差δＴに関する時系列情報の中から、時刻ｔｋにおけるセンサボディ温度差δＴｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）を取得し（図８ＡのステップＳ３）、さらに、センシング部５０において逐次計測・取得される変形電圧値Ｖｒの中から、時刻ｔｋにおける変形電圧値Ｖｒｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）を取得する（図８ＢのステップＳ１）。また、時刻ｔｋにおけるリファレンス電圧値Ｖｐｒｅｆｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）をリファレンス圧力計から取得する（図８ＢのステップＳ４－２）。
　これら時刻ｔｋにおける温度差δＴｋ、変形電圧値Ｖｒｋおよびリファレンス電圧値Ｖｐｋを用いて、時刻ｔｋごとに係数ａｋを算出する（図８ＢのステップＳ４－３）。
　熱衝撃電圧値Ｖｈは、この時刻ｔｋごとに算出された係数ａｋを用いて各時刻間ごとに算出される（同図のステップＳ４）。例えば、ｔｋ≦ｔ＜ｔｋ＋１（ｋ＝１、２、・・・ｎ－１）の熱衝撃電圧値Ｖｈｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ－１）は、係数ａｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ－１）を用いて算出され、ｔ≦ｔｎの熱衝撃電圧値Ｖｈｎは、係数ａｎを用いて算出される。
　以下、各時刻間の熱衝撃電圧値Ｖｈｋを用いて、各時刻間（ｔｋ≦ｔ＜ｔｋ＋１（ｋ＝１、２、・・・ｎ－１）およびｔ≦ｔｎ）ごとに、補正電圧値Ｖｃｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ－１）および補正圧力Ｐｃｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ－１）を算出する（同図のステップＳ５およびステップＳ６）。
　また、第２の補正方法において、時刻ｔｋごとに、第１測定温度Ｔ１ｋおよび第２測定温度Ｔ２ｋとメモリ内に記憶されたｍ個の温度分布データＴＤｊ（ｊ＝１～ｍ）との照合（図１０のステップＳ１０３）と、温度分布データＴＤｉｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）の選択および補正用係数ａｉｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）の決定（同図ステップＳ１０４）とが行われる。
　さらに、この補正用係数ａｉｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）を用いて、各時刻間（ｔｋ≦ｔ＜ｔｋ＋１（ｋ＝１、２、・・・ｎ－１）およびｔ≦ｔｎ）ごとに、熱衝撃電圧値Ｖｈｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）の算出（同図のステップＳ１０５）と、補正電圧値Ｖｃｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）の算出（同図のステップＳ１０６）と、補正圧力Ｐｃｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）の算出（同図のステップＳ１０７）とが行われる。
　時系列的に求めた係数ａｋを用いて補正圧力Ｐｃｋ（ｋ＝１、２、・・・ｎ）を算出することで、より高い精度の圧力測定が可能になる。
＜変形例３：補正用パラメータを温度勾配とした場合の補正方法＞
　第１の補正方法のステップＳ３および第２の補正方法のステップＳ１０２では、第１温度測定位置Ｎ１における第１測定温度Ｔ１と第２温度測定位置Ｎ２における第２測定温度Ｔ２との差分である温度差δＴをセンサボディ４０の温度分布を検出する指標αとし、かつこれを補正用パラメータとして用いて補正電圧値Ｖｃを算出したが、これに替えて、温度勾配、例えば、δＴを第１温度測定位置Ｎ１と第２温度測定位置Ｎ２との（法線方向に沿った）距離ｌで除したδＴ／ｌを、センサボディ４０の温度分布を検出する指標αとして用いてもよい。
　ここで、センサボディ４０が同一の材料（熱伝導率が同一）からなり、かつその形状が比較的単純であれば、温度勾配δＴ／ｌは略一定となる。すなわち、上記条件下での温度勾配δＴ／ｌは、温度測定位置に依存しない指標αとして用いることができる。
　温度勾配δＴ／ｌをセンサボディ４０の温度分布を検出する指標αとし用い、かつこれを補正用パラメータとして用いて上記第１の補正方法および第２の補正方法を実行する際は、「温度差δＴ」を「温度勾配δＴ／ｌ」に置き換えて実行すればよい。
　なお、係数ａは、例えば以下のようにして算出・決定される。
　第１の補正方法においては、係数ａは、関係式ａ＝（Ｖｒ－Ｖｐ）／｛（Ｔ２－Ｔ１）／ｌ｝を用いて算出・決定される。
　第２の補正方法においては、ｍ個の温度分布データＴＤｊ（ｊ＝１～ｍ）に、それぞれ温度勾配に関する情報（リファレンス温度勾配δＴ／ｌ　ｒｅｆ　ｊ（ｊ＝１～ｍ））を含ませておき、測定された温度勾配δＴ／ｌと同値しまたは最も近い値のリファレンス温度勾配δＴ／ｌ　ｒｅｆ　ｉを含む温度分布データＴＤｉ（ｉ＝１～ｍのいずれか１つ）をデータベースＤＢの中から１つ選択する（図１０のステップＳ１０３）。この選択された温度分布データＴＤｉに対応する係数ａｉを補正用係数ａｉとして決定する（同図のステップＳ１０４）。
　センサボディ４０の温度分布を検出する指標αに、温度測定位置に依存しない温度勾配δＴ／ｌを用いることで、例えば、上記第２の補正方法において実行される測定温度データとデータベースＤＢ内の温度分布データＴＤｊ（ｊ＝１～ｍ）との照合（ステップＳ１０３）を、２つの温度測定位置が所定の位置に固定されているか否かおよびマッピングデータＭＤｊ（ｊ＝１～ｍ）があるか否かに関わらず行うことができる（２つの温度測定位置が所定の位置に固定されていない状況下でセンサボディ４０温度差δＴを指標αとして用いた場合、上記照合を適正に行うためには、マッピングデータＭＤｊ（ｊ＝１～ｍ）が必要になる）。
　以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、明細書および図面に直接記載のない構成であっても、本発明の作用・効果を奏する以上、本発明の技術的思想の範囲内である。さらに、上記記載および各図で示した実施の形態は、その目的および構成等に矛盾がない限り、互いの記載内容を組み合わせることも可能である。
　例えば、上記実施の形態においては、ダイアフラム変形による圧力検出手法（センシング原理）として、ひずみゲージ５２を含む半導体チップ５１（半導体ひずみゲージ式）を用いているが、これに限定されるわけではなく、例えば、静電容量式、金属歪みゲージ式、抵抗ゲージをスパッタ等により成膜した方式を用いた圧力検出手法（センシング原理）であってもよい。
　１…圧力センサ素子、１０…圧力センサ、２０…ダイアフラム、２１…接液面、２２…変形測定面、３０…ハウジング、３１…ハウジング下端面、３２…ハウジング上端面、４０…センサボディ、４１…センサボディ下端面、４２…センサボディ上端面、５０…センシング部、５１…半導体チップ、５２…ひずみゲージ、５３…ホイートストンブリッジ回路、６０…温度測定部、６０－１…温度センサ、６０－２…温度センサ、７０…補正部、７１…補正用パラメータ算出部、７２…出力変動値算出部、７３…出力値補正部、８０…圧力算出部、９０…制御部、Ｖｒ…変形電圧値、Ｖｈ…熱衝撃電圧値、Ｖｐ…流体圧力電圧値、Ｎ１…第１温度測定位置、Ｎ２…第２温度測定位置、Ｔ１…第１測定温度、Ｔ２…第２測定温度、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ…構造体。

Claims (12)

  1. 　測定対象の流体の圧力を受ける第１主面及びこの第１主面の反対側に位置する第２主面を含むダイアフラムと、前記ダイアフラムの外周縁に接続してこれを支持するハウジングとを含むセンサボディと、
    　前記ダイアフラムの前記第２主面上に配設され、前記ダイアフラムの変形に対応した第１の値を出力するように構成されたセンシング部と、
    　前記センサボディ上の少なくとも２つの位置の温度を測定するように構成された温度測定部と、
    　前記少なくとも２つの位置の温度を用いて前記第１の値を補正するように構成された補正部と、
    　補正された前記第１の値から前記流体の圧力を算出するように構成された圧力算出部と
    　を備える圧力センサ。
  2. 　請求項１に記載の圧力センサにおいて、
    　前記補正部は、
    　前記少なくとも２つの位置の温度を用いて前記ダイアフラムの熱変形に起因した前記センシング部の出力の変動分を第２の値として算出するように構成された出力変動値算出部と、
    　この第２の値を用いて前記第１の値を補正するように構成された出力値補正部と
    　を含むことを特徴とする圧力センサ。
  3. 　請求項２に記載の圧力センサにおいて、
    　前記補正部は、前記少なくとも２つの異なる位置の温度から補正用パラメータを算出するように構成された補正用パラメータ算出部をさらに含み、
    　前記出力変動値算出部は、前記補正用パラメータの値を用いて前記第２の値を算出するように構成されている
    　ことを特徴とする圧力センサ。
  4. 　請求項３に記載の圧力センサにおいて、
    　前記補正用パラメータは、前記少なくとも２つの位置の温度の差分である
    　ことを特徴とする圧力センサ。
  5. 　請求項３に記載の圧力センサにおいて、
    　前記補正用パラメータは、前記少なくとも２つの位置の間の温度勾配である
    　ことを特徴とする圧力センサ。
  6. 　請求項３ないし５のいずれかに記載の圧力センサにおいて、
    　前記出力変動値算出部は、前記少なくとも２つの異なる位置の測定温度に基づいて決定される所定の係数を前記補正用パラメータに乗じることで前記第２の値を算出するように構成されている
    　ことを特徴とする圧力センサ。
  7. 　請求項６に記載の圧力センサにおいて、
    　前記出力変動値算出部は、前記温度測定部によって時系列的に測定される前記少なくとも２つの位置の温度のうちの一つの時点における温度に基づいて前記係数を決定するように構成されている
    　ことを特徴とする圧力センサ。
  8. 　請求項６に記載の圧力センサにおいて、
    　前記出力変動値算出部は、前記温度測定部によって時系列的に測定される前記少なくとも２つの位置の温度のうちの少なくとも２つの異なる時点における温度ごとに前記係数をそれぞれ決定するように構成されている
    　ことを特徴とする圧力センサ。
  9. 　請求項１ないし８のいずれかに記載の圧力センサにおいて、
    　前記少なくとも２つの異なる位置は、前記第１主面に垂直な方向に互いが離間している
    　ことを特徴とする圧力センサ。
  10. 　請求項１ないし９のいずれかに記載の圧力センサにおいて、
    　前記少なくとも２つの異なる位置のうちの１つは、前記ハウジングの上端部である
    　ことを特徴とする圧力センサ。
  11. 　請求項１ないし１０のいずれかに記載の圧力センサにおいて、
    　前記少なくとも２つの異なる位置のうちの１つは、前記ダイアフラムの前記第１主面または前記第２主面である
    　ことを特徴とする圧力センサ。
  12. 　測定対象の流体の圧力を受ける第１主面及びこの第１主面の反対側に位置する第２主面を含むダイアフラムと、前記ダイアフラムの外周縁に接続してこれを支持するハウジングとを含むセンサボディと、
    　前記ダイアフラムの前記第２主面上に配設され、前記ダイアフラムの変形に対応した第１の値を出力するように構成されたセンシング部と、
    　前記センサボディ上の少なくとも２つの位置の温度を測定するように構成された温度測定部と
    　を備える圧力センサ素子。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040159161A1 (en) * 2001-07-13 2004-08-19 Barnett John D. Temperature compensated strain sensing apparatus
JP2010243272A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Denso Corp 圧力検出装置および燃料噴射システム
JP2018004592A (ja) * 2016-07-08 2018-01-11 アズビル株式会社 圧力センサ
JP2018048859A (ja) * 2016-09-20 2018-03-29 横河電機株式会社 圧力センサ
US20180328804A1 (en) * 2015-11-18 2018-11-15 Robert Bosch Gmbh Sensor element for a pressure sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040159161A1 (en) * 2001-07-13 2004-08-19 Barnett John D. Temperature compensated strain sensing apparatus
JP2010243272A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Denso Corp 圧力検出装置および燃料噴射システム
US20180328804A1 (en) * 2015-11-18 2018-11-15 Robert Bosch Gmbh Sensor element for a pressure sensor
JP2018004592A (ja) * 2016-07-08 2018-01-11 アズビル株式会社 圧力センサ
JP2018048859A (ja) * 2016-09-20 2018-03-29 横河電機株式会社 圧力センサ

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