WO2022050389A1 - 圧力センサ - Google Patents

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WO2022050389A1
WO2022050389A1 PCT/JP2021/032502 JP2021032502W WO2022050389A1 WO 2022050389 A1 WO2022050389 A1 WO 2022050389A1 JP 2021032502 W JP2021032502 W JP 2021032502W WO 2022050389 A1 WO2022050389 A1 WO 2022050389A1
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WO
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resistors
pressure sensor
resistor
wheatstone bridge
membrane
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/032502
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲也 笹原
健 海野
正典 小林
孝平 縄岡
Original Assignee
Tdk株式会社
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Publication date
Application filed by Tdk株式会社 filed Critical Tdk株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/04—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges
    • G01L9/045—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges with electric temperature compensating means

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor that detects strain due to deformation of a membrane by a change in resistance.
  • a pressure sensor that uses the piezoresistive effect (also called the piezoresistive effect) to detect the strain of the membrane (also called the diaphragm) by the resistance change is known.
  • a membrane that is elastically deformed by receiving pressure is formed on a part of a pressure receiving member called a stem, and the strain due to the deformation of the membrane is subjected to the resistance change of the resistor provided on the membrane. Detected by.
  • the resistors that make up each side of the Wheatstone bridge are placed on the membrane, but the resistance value of the resistor changes not only with the change in the membrane due to pressure, but also with the temperature of the resistor.
  • a temperature measurement sensor is arranged on the membrane, and the output of the Wheatstone bridge is corrected according to the output value of the temperature sensor (see Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a pressure sensor that reduces the influence of the temperature distribution on the membrane on the pressure detection value.
  • the pressure sensor according to the present invention is A membrane that produces strain in response to pressure, and At least two first resistors arranged apart from each other on the first circumference that produces positive strain characteristics when pressure is applied in the membrane.
  • the membrane has at least two second resistors arranged spaced apart from each other on a second circumference that produces negative strain characteristics when pressure is applied.
  • a Wheatstone bridge comprising at least two said first resistors and at least two said second resistors. At least one of the number of the first resistors arranged on the first circumference or the number of the second resistors arranged on the second circumference is three or more.
  • first resistors and two second resistors are sufficient to form a Wheatstone bridge, but in the pressure sensor according to the present invention, at least one first resistor or second resistor is extra. Each resistor has and is spaced apart from each other on the membrane. As a result, even if one first resistor or second resistor is arranged on the membrane at a portion having a temperature different from that of the other portion, the influence of the resistor on the output value of the pressure sensor is affected. It can be reduced or excluded.
  • the number of the first resistors constituting the Wheatstone bridge may be three or more.
  • the first side which is one of the four sides on which the first resistor or the second resistor is arranged in the Wheatstone bridge, may be composed of two or more first resistors.
  • the distance between one of the first resistors constituting the first side and the other one of the first resistors constituting the first side is the first side constituting the first side. It may be greater than or equal to the distance between one of the resistors and at least one of the first resistors constituting the second side of the Wheatstone bridge, which is different from the first side.
  • the combined resistance of the first side may reflect the standard temperature of the membrane by increasing the distance between the two first resistors. Will increase. Therefore, such a pressure sensor can effectively reduce the influence of the temperature distribution generated on the first circumference on the output value of the pressure sensor.
  • one of the first resistors constituting the first side may be connected in series to the other one of the first resistors constituting the first side.
  • the resistance value of each first resistor can be reduced, so that such a first resistor is advantageous for miniaturization. Is.
  • One of the first resistors constituting the first side may be connected in parallel to the other one of the first resistors constituting the first side.
  • the Wheatstone bridge can function even if an unexpected temperature change or damage occurs in one first resistor. It is advantageous in terms of redundancy because it can be maintained.
  • the number of the second resistors constituting the Wheatstone bridge may be three or more.
  • the third side which is one of the four sides on which the first resistor or the second resistor is arranged, may be composed of two or more second resistors.
  • the distance between one of the second resistors constituting the third side and the other one of the second resistors constituting the third side is the distance between the second resistor constituting the third side. It may be greater than or equal to the distance between one of the two resistors and at least one of the second resistors constituting the fourth side of the Wheatstone bridge, which is different from the third side.
  • the combined resistance value of the third side may reflect the standard temperature of the membrane by increasing the distance between the two second resistors. Will increase. Therefore, such a pressure sensor can effectively reduce the influence of the temperature distribution generated on the second circumference on the output value of the pressure sensor.
  • one of the second resistors constituting the third side may be connected in series to the other one of the second resistors constituting the third side.
  • the resistance value of each second resistor can be reduced, so that such a second resistor is suitable for miniaturization. It is advantageous.
  • one of the second resistors constituting the third side may be connected in parallel to the other one of the second resistors constituting the third side.
  • the Wheatstone bridge can function even if an unexpected temperature change or damage occurs in one second resistor. It has excellent redundancy because it can be maintained.
  • the pressure sensor according to the present invention has at least one end portion of the first resistor and the second resistor and at least a pair of connecting portions electrically connected to the other end portion.
  • the connection portion may be capable of changing the connection between the state in which at least one of the first resistor and the second resistor constitutes the Wheatstone bridge and the state in which the Wheatstone bridge is not formed.
  • Such a pressure sensor is a first resistor or a second resistor arranged at a position where a temperature distribution occurs on the membrane at a stage where the pressure sensor is wired to a substrate or the like or when the pressure sensor is assembled as a measurement target. Resistors can be excluded from the resistors that make up the Wheatstone bridge. Such a pressure sensor can reduce or eliminate the influence of the temperature distribution generated on the membrane on the output value of the pressure sensor.
  • the pressure sensor according to the present invention may have a control unit that controls a change in the connection of the connection electrode unit.
  • the pressure sensor having such a control unit is a first resistor or a second resistor arranged at a position on the membrane where a temperature distribution is generated while obtaining an actual detected value at the time of inspection or use of the pressure sensor.
  • the body can be excluded from the resistors that make up the Wheatstone bridge. As a result, the influence of the temperature distribution generated on the membrane on the output value of the pressure sensor can be effectively reduced or excluded.
  • all the first resistors arranged on the first circumference may be arranged at substantially equal intervals.
  • All the second resistors arranged on the second circumference may be arranged at substantially equal intervals.
  • Such a pressure sensor increases the likelihood that each side of the Wheatstone bridge will contain a resistor with a standard temperature distribution on the membrane, and the effect of the temperature distribution on the membrane on the output value of the pressure sensor. It can be effectively reduced.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the arrangement of resistors in the pressure sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of the temperature distribution generated by the pressure sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a configuration example of a Wheatstone bridge formed by the pressure sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing the arrangement of resistors in the pressure sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of the temperature distribution generated by the pressure sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing a configuration example of a Wheatstone bridge formed by the pressure sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the arrangement of resistors in the pressure sensor according to the
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing the arrangement of resistors in the pressure sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a configuration example of a Wheatstone bridge formed by the pressure sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing an example of the wiring shape in the pressure sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of the temperature distribution generated by the pressure sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing a configuration example of a Wheatstone bridge formed by using the pressure sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing a pressure sensor according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing a pressure sensor according to the sixth embodiment.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram showing an example of a control method by the control unit shown in FIG.
  • FIG. 16 is a conceptual diagram illustrating a control mode performed by the control unit shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the pressure sensor 10 according to the present invention.
  • the pressure sensor 10 includes a stem 20 having a membrane 22, a connecting member 12 in which a flow path 12b for transmitting pressure to the stem 20 is formed, a holding member 14 for fixing the stem 20 to the connecting member 12, and an electrode on the membrane 22. It has a substrate portion 70 or the like that is wired to the portion or the like.
  • a thread groove 12a for fixing the pressure sensor 10 to the measurement target is formed on the outer periphery of the connecting member 12.
  • the stem 20 has a bottomed (upper bottom) cylindrical outer shape, and is provided at one end of the flow path 12b in the connecting member 12.
  • the stem 20 is provided with a flange portion 21 on the opening side, and is fixed to the connecting member 12 by sandwiching the flange portion 21 between the holding member 14 and the connecting member 12.
  • the opening of the stem 20 and the flow path 12b of the connecting member 12 are airtightly connected by using the holding member 14, and the pressure to be measured is transmitted to the membrane 22 of the stem 20.
  • a membrane 22 is provided on the upper bottom of the stem 20.
  • the membrane 22 is thinner than other parts of the stem 20 such as the side wall, and is deformed according to the pressure transmitted from the flow path 12b.
  • the membrane 22 has an inner surface 22a that comes into contact with the pressure fluid and an outer surface 22b that is opposite to the inner surface 22a, and a resistor and an electrode portion described later are provided on the outer surface 22b side of the membrane 22.
  • the substrate portion 70 is fixed to the holding member 14.
  • the substrate portion 70 has wirings and circuits that are electrically connected to a resistor and an electrode portion formed on the outer surface 22b of the membrane 22.
  • the substrate portion 70, the electrode portion on the membrane, and the resistor are electrically connected to each other via a connection wiring 82 formed by wire bonding or the like.
  • the substrate portion 70 has a ring-shaped outer shape, and the stem 20 inserts a through hole formed in the center of the substrate portion 70.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing a state in which resistors are arranged on the outer surface 22b of the membrane 22.
  • the upper part of FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the stem 20, and the lower part of FIG. 2 is a schematic plan view of the stem 20 viewed from above on the outer surface 22b side of the membrane 22.
  • first resistors R11 and R12 and three second resistors R21, R22 and R23 are arranged on the outer surface 22b of the membrane 22.
  • the first resistors R11 and R12 are arranged apart from each other on the first circumference 24 that produces a positive strain characteristic ⁇ + when pressure is applied to the membrane 22.
  • At least two first resistors R11 and R12 may be arranged on the first circumference 24, and as shown in other embodiments, the pressure sensors according to the present invention are three or four. Alternatively, it may have five or more first resistors R11 and R12.
  • the two first resistors R11 and R12 are arranged at a pitch of 180 ° along the first circumference 24. It is preferable that all the first resistors R11 and R12 arranged on the first circumference 24 are arranged at substantially equal intervals.
  • the first circumference 24 is preferably a line connecting positions where substantially the same strain occurs when a predetermined pressure is applied on the membrane 22. By arranging the first resistors R11 and R12 on such a first circumference 24, the linearity between the pressure and the output of the Wheatstone bridge is improved. Further, the first circumference 24 preferably passes through a position on the membrane 22 where the maximum positive strain occurs when pressure is applied, but may pass through another position where the positive strain occurs. Further, as shown in FIG.
  • the center positions of the first resistors R11 and R12 are arranged on the first circumference 24, but the arrangement of the first resistors R11 and R12 is limited to this. However, at least a part of the first resistors R11 and R12 may be arranged on the first circumference 24.
  • the second resistors R21, R22, and R23 are arranged apart from each other on the second circumference 26 that produces a negative strain characteristic ⁇ - on the membrane 22 when pressure is applied.
  • the three second resistors R21, R22, and R23 are arranged at a pitch of 120 ° along the second circumference 26. It is preferable that all the second resistors R21, R22, and R23 arranged on the second circumference 26 are arranged at substantially equal intervals.
  • at least two second resistors R21, R22, and R23 may be arranged on the second circumference 26, and for example, three or more second resistors R21, R22, and R23 may be arranged on the first circumference 24.
  • the two second resistors R21 and R22 may be arranged on the second circumference 26.
  • the pressure sensor according to the present invention may have four or five or more second resistors R21 and R22 as shown in other embodiments.
  • the second circumference 26 is preferably a line connecting positions where substantially the same strain occurs when a predetermined pressure is applied to the membrane 22.
  • the second circumference 26 preferably passes through a position on the membrane 22 where a negative strain having the maximum absolute value occurs when pressure is applied, but it may pass through another position where a negative strain occurs. .. Further, as shown in FIG. 2, it is preferable that the center positions of the second resistors R21, R22, and R23 are arranged on the second circumference 26, but the second resistors R21, R22, and R23 are arranged. Is not limited to this, and at least a part of the second resistors R21, R22, and R23 may be arranged on the second circumference 26.
  • the pressure sensor 10 is at least one of the number of first resistors R11 and R12 arranged on the first circumference 24 or the number of second resistors R21, R22 and R23 arranged on the second circumference 26. Is 3 or more. That is, in the pressure sensor 10, the number of the first resistors R11 and R12 is two, and the number of the second resistors R21, R22 and R23 is three. On the other hand, as shown in FIG. 4, in the pressure sensor 10, the Wheatstone bridge 50 is composed of at least two first resistors R11 and R12 and at least two second resistors R21, R22 and R23. Therefore, in the pressure sensor 10, the number of the second resistors R21, R22, and R23 is larger than the number required to establish the Wheatstone bridge 50.
  • the Wheatstone bridge 50 has a first side 51, a second side 52, and a third side, which are four sides on which the first resistors R11, R12 or the second resistors R21, R22, and R23 are arranged. It has a side 53 and a fourth side 54.
  • the first side 51 and the second side 52 are composed of any of the first resistors R11 and R12
  • the third side 53 and the fourth side 54 are composed of any of the second resistors R21, R22 and R23. Will be done.
  • the number of the first resistors R11 and R12 constituting the Wheatstone bridge 50 is two, the first side 51 is composed of the first resistor R11, and the second side is formed. 52 is composed of the first resistor R12. Further, in the pressure sensor 10, the number of the second resistors R21 and R22 constituting the Wheatstone bridge 50 is two, the third side 53 is composed of the second resistor R21, and the fourth side 54 is the second resistance. It is composed of body R22.
  • the second resistor R23 shown in FIG. 2 does not form the Wheatstone bridge 50 for detecting the pressure.
  • the second resistors R21, R22, and R23 which are larger than the number of the second resistors R21, R22, and R23 required to form the Wheatstone bridge 50, are on the second circumference 26. Is located in. Therefore, for example, as shown in FIG. 3, due to the characteristics of the device to which the pressure sensor 10 is applied, a temperature region 84 different from other positions on the membrane 22 is generated at the position where the second resistor R23 is arranged. If this is known in advance at the manufacturing stage, the Wheatstone bridge 50 (see FIG. 4) is configured without including the second resistor R23 by adjusting the wiring and the like.
  • the pressure sensor 10 can form the Wheatstone bridge 50 by using the first resistors R11 and R12 and the second resistors R21 and R22 arranged in regions where the temperatures are substantially equal to each other, and the pressure sensor 10 can form the Wheatstone bridge 50 on the membrane 22.
  • the effect of temperature distribution on the pressure detection value can be reduced or eliminated.
  • the second resistors R21 and R22 can be excluded from the resistors constituting the Wheatstone bridge 50.
  • the second resistor R22 is excluded from the configuration of the Wheatstone bridge 50 by adjusting the wiring or the like, and the second resistance is used.
  • Body R23 can be included in the configuration of the Wheatstone bridge 50.
  • the stem 20 having the membrane 22 as shown in FIG. 2, and the first resistors R11, R12 and the second resistors R21 to R23 provided on the membrane 22 are manufactured, for example, as follows.
  • the stem 20 having the membrane 22 is manufactured by machining.
  • the material of the stem 20 is not particularly limited as long as it causes appropriate elastic deformation, and examples thereof include metals and alloys such as stainless steel.
  • a semiconductor thin film or a metal thin film is formed on the membrane 22 by sandwiching an insulating film, and these thin films are subjected to laser processing or microfabrication by a semiconductor processing technique such as screen printing.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing an arrangement state of a resistor in the membrane 22 of the pressure sensor 110 according to the second embodiment.
  • the upper part of FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the stem 20, and the lower part of FIG. 5 is a schematic plan view of the stem 20 viewed from above on the outer surface 22b side of the membrane 22.
  • the pressure sensor 110 according to the second embodiment is the same as the pressure sensor 10 according to the first embodiment, except that the number of resistors arranged on the first circumference 24 and the configuration of the Wheatstone bridge 150 are different. be.
  • the pressure sensor 110 will be described mainly on the differences from the pressure sensor 10, and the common points with the pressure sensor 10 will be omitted.
  • the pressure sensor 110 has three first resistors R11, R12, and R13 arranged apart from each other on the first circumference 24.
  • the three first resistors R11, R12, and R13 of the pressure sensor 110 are arranged at intervals of 120 ° along the first circumference 24.
  • the arrangement of the three first resistors R11, R12, and R13 is arranged so as to be offset by approximately 60 ° with respect to the three second resistors R21, R22, and R23.
  • the number of the first resistors R11, R12, and R13 and the number of the second resistors R21, R22, and R23 are all three.
  • the Wheatstone bridge 150 is composed of two first resistors R11 and R13 and two second resistors R21 and R22. Therefore, in the pressure sensor 110, the numbers of the first resistors R11, R12, R13 and the second resistors R21, R22, and R23 are each larger than the number required to establish the Wheatstone bridge 150.
  • the number of the first resistors R11 and R12 constituting the Wheatstone bridge 150 is two, and the first side 151 is composed of the first resistor R11 and the second side. 152 is composed of the first resistor R13. Further, in the pressure sensor 110, the number of the second resistors R21 and R22 constituting the Wheatstone bridge 150 is two, the third side 153 is composed of the second resistor R21, and the fourth side 154 is the second resistance. It is composed of body R22.
  • the first resistor R12 shown in FIG. 5 does not constitute the Wheatstone bridge 150 for detecting the pressure.
  • the first resistors R11, R12, and R13 which are larger than the number of the first resistors R11, R12, and R13 required to form the Wheatstone bridge 150, are on the first circumference 24. Is located in. Therefore, for example, as shown in FIG. 6, due to the characteristics of the device to which the pressure sensor 110 is applied, a temperature region 184 different from other positions on the membrane 22 is generated at the position where the first resistor R12 is arranged. If this is known in advance at the manufacturing stage, the Wheatstone bridge 150 (see FIG. 7) is configured without including the first resistor R12 by adjusting the wiring and the like.
  • the pressure sensor 110 can form the Wheatstone bridge 150 by using the first resistors R11 and R13 and the second resistors R21 and R22 arranged in regions where the temperatures are substantially equal to each other, and can be formed on the membrane 22.
  • the effect of temperature distribution on the pressure detection value can be reduced or eliminated.
  • the second resistors R21, R22, and R23 arranged on the second circumference 26 are all located outside the temperature region 184. Therefore, any of the second resistors R21, R22, and R23 may be used to form the Wheatstone bridge 150.
  • the first resistors R11, R12, R13 and the second resistors constituting the Wheatstone bridge 150 depend on the position of the temperature region 184.
  • R21, R22, and R23 can be changed.
  • the pressure sensor 110 has the same effect as the pressure sensor 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing an arrangement state of a resistor in the membrane 22 of the pressure sensor 210 according to the third embodiment.
  • the upper part of FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the stem 20, and the lower part of FIG. 8 is a schematic plan view of the stem 20 viewed from above on the outer surface 22b side of the membrane 22.
  • the pressure sensor 210 according to the third embodiment is the first, except that the number of resistors arranged on the first circumference 24 and the second circumference 26 and the configuration of the Wheatstone bridge 250 (see FIG. 9) are different. This is the same as the pressure sensor 10 according to the first embodiment.
  • the pressure sensor 210 will be described mainly on the differences from the pressure sensor 10, and the common points with the pressure sensor 10 will be omitted.
  • first resistors R11, R12, R13, R14 and four second resistors R21, R22, R23, R24 are arranged on the outer surface 22b of the membrane 22. ..
  • the first resistors R11 to R14 are arranged apart from each other on the first circumference 24 that produces a positive strain characteristic ⁇ + when pressure is applied in the membrane 22.
  • the second resistors R21 to R24 are arranged apart from each other on the second circumference 26 which causes a negative strain characteristic ⁇ - in the membrane 22 when pressure is applied.
  • the four first resistors R11 to R14 are arranged at a pitch of 90 ° along the first circumference 24. Further, the four second resistors R21 to R24 are arranged at a pitch of 90 ° along the second circumference 26.
  • the arrangement of the four first resistors R11 to R14 is arranged so as to be offset by approximately 45 ° with respect to the four second resistors R21 to R24.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing the configuration of the Wheatstone bridge 250 formed by the pressure sensor 210.
  • the number of the first resistors R11 to R14 constituting the Wheatstone bridge 250 is three or more (four in the example shown in FIG. 9).
  • the first side 251 which is one of the four sides on which the first resistors R11 to R14 or the second resistors R21 to R24 are arranged in the Wheatstone bridge 250 is composed of two first resistors R11 and R13.
  • the first resistor R11 which is one of the first resistors R11 and R13 constituting the first side 251 and the first resistor constituting the first side 251.
  • the distance from the first resistor R13, which is another one of R11 and R13, is the first resistor R12 constituting the first resistor R11 and the second side 252 different from the first side 251 in the Wheatstone bridge 250.
  • the first resistor R11 and the first resistor R13 constituting the first side 251 are arranged at opposite positions (rotation position of 180 °) on the first circumference 24.
  • the first resistors R12 and R14 constituting the second side 252 are arranged at positions adjacent to the first resistor R11 (rotational position of 90 °).
  • the first side 251 is composed of two first resistors R11 and R13
  • the distance between the two first resistors R11 and R13 is increased and the first side is dispersed and arranged on the membrane 22. It is more likely that the combined resistance value of side 251 approaches the resistance value that reflects the standard temperature of the membrane 22. Therefore, such a pressure sensor 210 can effectively reduce the influence of the temperature distribution generated on the first circumference 24 on the output value of the pressure sensor 210.
  • the first resistor R11 which is one of the first resistors R11 and R13 constituting the first side 251 is the other one of the first resistors R11 and R13 constituting the first side 251. 1 It is connected in parallel to the resistor R13.
  • the first side 251 With two first resistors R11 and R13 connected in parallel with each other, one of the first resistors R11 is tentatively placed at a position on the membrane 22 at a temperature different from that of the other region. Even if there is, the influence of the temperature distribution on the membrane 22 can be reduced as compared with the case where the first resistor R11 alone constitutes the first side 251.
  • the other first resistor R13 is located in the standard temperature region on the membrane 22. This is because the deviation of the output value due to the temperature abnormality of one of the first resistors R11 can be reduced to about half.
  • the second side 252 of the Wheatstone bridge 250 is also composed of two first resistors R12 and R14, and has the same characteristics as the first side 251.
  • the number of the second resistors R21 to R24 constituting the Wheatstone bridge 250 is three or more (shown in FIG. 9) as in the case of the first resistors R11 to R14. In the example, there are four).
  • the third side 253, which is one of the four sides on which the first resistors R11 to R14 or the second resistors R21 to R24 are arranged in the Wheatstone bridge 250, is composed of two second resistors R21 and R23.
  • the second resistor R21 which is one of the second resistors R21 and R23 constituting the third side 253, and the second resistor constituting the third side 253.
  • the second resistor R21 and the second resistor R23 constituting the third side 253 are arranged at opposite positions (180 ° rotation position) on the second circumference 26.
  • the second resistors R22 and R24 constituting the fourth side 254 are arranged at positions adjacent to the second resistor R21 (rotational position of 90 °).
  • the combined resistance value of the third side 253 is the membrane 22 by increasing the distance between the two second resistors R21 and R23. It is more likely to reflect standard temperatures. Therefore, such a pressure sensor 210 can effectively reduce the influence of the temperature distribution generated on the second circumference 26 on the output value of the pressure sensor 210.
  • the second resistor R21 which is one of the second resistors R21 and R23 constituting the third side 253, is the other one of the second resistors R21 and R23 constituting the third side 253. It is connected in parallel to the two resistors R23.
  • the third side 253 With forming the third side 253 with two second resistors R21 and R23 connected in parallel with each other, one second resistor R21 is assumed to be connected to the other region on the membrane 22 as shown in FIG. Even if they are located in the temperature regions 284 having different temperatures, the influence of the temperature distribution on the membrane 22 can be reduced as compared with the case where the second resistor R21 alone constitutes the third side 253.
  • the third side 253 of the Wheatstone bridge 250 is composed of the combined resistance of the second resistors R21 and R23, the other second resistor R23 is located in the standard temperature region on the membrane 22. Therefore, the deviation of the output value due to the temperature abnormality of one of the second resistors R21 can be reduced to about half.
  • the fourth side 254 of the Wheatstone bridge 250 is also composed of two second resistors R22 and R24, and has the same characteristics as the third side 253.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing an example of the wiring shape of the pressure sensor 210.
  • the Wheatstone bridge 250 as shown in FIG. 9 is manufactured by electrically connecting the first resistors R11 to R14 and the second resistors R21 to R24 arranged on the membrane 22, for example, as shown in FIG. can do.
  • the wiring portion 285 that electrically connects the first resistors R11 to R14 and the second resistors R21 to R24 and the electrode portion 286 that connects to the end of the wiring portion 285 are, for example, the first resistors R11 to R14 and Similar to the second resistors R21 to R24, they are formed by fine processing on a metal thin film or the like.
  • the pressure sensor 210 has three or more first resistors R11 to R14 and second resistors R21 to R24, and a plurality of first resistors R11 to R14 or a plurality of second resistors R21 to By configuring each side of the Wheatstone bridge 250 with R24, the influence of the temperature distribution on the membrane 22 on the output value of the pressure sensor 210 can be reduced.
  • the pressure sensor 210 has the same effect as the pressure sensor 10 in the common part with the pressure sensor 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing the configuration of the Wheatstone bridge 350 formed by the pressure sensor 310 according to the fourth embodiment.
  • the pressure sensor 310 according to the fourth embodiment is different from the pressure sensor 210 according to the third embodiment in that the resistors constituting each side of the Wheatstone bridge 350 are connected in series, but the other points are the same. , The same as the pressure sensor 210 according to the third embodiment.
  • the pressure sensor 310 will be described mainly on the differences from the pressure sensor 210, and the common points with the pressure sensor 210 will be omitted.
  • the pressure sensor 310 according to the fourth embodiment has four first resistors R11, R12, R13, R14 and four second resistors, similarly to the pressure sensor 210 according to the third embodiment. It has resistors R21, R22, R23, and R24.
  • the arrangement of the first resistors R11 to R14 and the second resistors R21 to R24 on the membrane 22 is the same as that of the pressure sensor 210 shown in FIG.
  • the first resistor R11 which is one of the first resistors R11 and R13 constituting the first side 351 of the Wheatstone bridge 350, is the first resistor R11 constituting the first side 351. It is connected in series to the first resistor R13, which is the other one of R13.
  • the resistance value of each of the first resistors R11 and R13 can be reduced.
  • the resistors R11 and R13 are advantageous for miniaturization.
  • the pressure sensor 310 similarly to the pressure sensor 210, even if one of the first resistors R11 is at a position on the membrane 22 having a temperature different from that of the other region, the first resistor R11 alone Compared with the case where the first side 251 is configured, the influence of the temperature distribution on the membrane 22 on the output value of the pressure sensor 310 can be reduced.
  • the second side 352 of the Wheatstone bridge 350 is also composed of two first resistors R12 and R14, and has the same characteristics as the first side 351.
  • the second resistor R21 which is one of the second resistors R21 and R23 constituting the third side 353 of the Wheatstone bridge 350, is the second resistor constituting the third side 353. It is connected in series to the second resistor R23, which is one of the other R21 and R23.
  • the pressure sensor 310 similarly to the pressure sensor 210, even if one of the second resistors R21 is at a position on the membrane 22 having a temperature different from that of the other region, the second resistor R21 alone Compared with the case where the third side 253 is configured, the influence of the temperature distribution on the membrane 22 on the output value of the pressure sensor 310 can be reduced.
  • the fourth side 354 of the Wheatstone bridge 350 is also composed of two second resistors R22 and R24, and has the same characteristics as the third side 353.
  • the pressure sensor 310 Similar to the pressure sensor 210 according to the third embodiment, the pressure sensor 310 according to the fourth embodiment has three or more first resistors R11 to R14 and second resistors R21 to R24, and a plurality of first resistors. By forming each side of the Wheatstone bridge 350 with the bodies R11 to R14 or the plurality of second resistors R21 to R24, the influence of the temperature distribution on the membrane 22 on the output value of the pressure sensor 310 can be reduced.
  • the pressure sensor 310 has the same effect as the pressure sensor 210 in the common part with the pressure sensor 210 according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing the pressure sensor 410 according to the fifth embodiment .
  • the pressure sensor 410 is similar to the pressure sensor 110 shown in FIG. 5, except that it has a connection portion 489 that can change the connection between the first resistors R11 to R13 and the second resistors R21 to R23.
  • the pressure sensor 410 will be described mainly on the differences from the pressure sensor 110, and the common points with the pressure sensor 110 will be omitted.
  • the pressure sensor 410 is placed on the three first resistors R11, R12, R13 and the second circumference 26 arranged apart from each other on the first circumference 24. It has three second resistors R21, R22, and R23 arranged apart from each other.
  • the pressure sensor 410 has a connection electrode portion 488 that is electrically connected to one end of each of the resistors R11 to R13 and R21 to R23 and the other end.
  • a pair of connection electrode portions 488 are provided on the membrane 22 for each of the resistors R11 to R13 and R21 to R23.
  • connection electrode portion 488 is connected to the substrate portion 470 via the connection wiring 482.
  • the resistors R11 to R13 and R21 to R23 can be independently connected to the substrate portion 470.
  • connection portion 489 of the pressure sensor 410 is composed of a connection electrode portion 488, a connection wiring portion 482, and a substrate portion 470.
  • the connection portion 489 is a state in which the resistors R11 to R13 and R21 to R23 to which the connection portion 489 is connected via the pair of connection electrode portions 488 constitutes a Wheatstone bridge of the pressure sensor 410 and a state in which the Wheatstone bridge is not formed. And, the connection can be changed.
  • Examples of the method of changing the connection of the connection portion 489 as described above include a method of changing the connection state of the board portion 470 by a jumper wire and the like, a method of changing the connection state of the connection wiring 482, and the like. Not limited to these.
  • the pressure sensor 410 can form a Wheatstone bridge similar to the Wheatstone bridge 150 of the pressure sensor 110 shown in FIG. 7, and also connects the connection portion 489 so as to form a Wheatstone bridge different from the Wheatstone bridge 150. It is also possible to change it. For example, the resistor constituting the fourth side 154 of the Wheatstone bridge 150 shown in FIG. 7 may be changed from the second resistor R22 to the second resistor R23, or the resistor constituting the first side 151 may be changed to the first resistor. The resistor R11 can be changed to the first resistor R12.
  • the pressure sensor 410 is a first resistor R11 to R13 or a second resistor R21 arranged at a position on the membrane 22 where a temperature distribution occurs while obtaining an actual detected value during inspection or use of the pressure sensor 410.
  • ⁇ R23 can be excluded from the resistors constituting the Wheatstone bridge. Thereby, the pressure sensor 410 can effectively reduce or exclude the influence of the temperature distribution generated on the membrane 22 on the output value of the pressure sensor 410.
  • the pressure sensor 410 shown in FIG. 13 includes a pair of connecting portions 489 for all the resistors R11 to R13 and R21 to R23 arranged on the membrane 22. However, unlike this, the pressure sensor 410 may be provided with a pair of connecting portions 489 for only some of the resistors R11 to R13 and R21 to R23. If the pressure sensor 410 includes a pair of connecting portions 489 for at least one resistors R11 to R13 and R21 to R23, the configuration of the Wheatstone bridge can be changed.
  • the pressure sensor 410 has the same effect as the pressure sensor 110 in the common part with the pressure sensor 110 according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing the pressure sensor 510 according to the sixth embodiment .
  • the pressure sensor 510 is the same as the pressure sensor 410 shown in FIG. 13, except that the substrate unit 570 is different and the control unit 560 is provided.
  • the pressure sensor 510 will be described mainly on the differences from the pressure sensor 410, and the common points with the pressure sensor 410 will be omitted.
  • the pressure sensor 510 has a control unit 560 that controls a change in the connection of the connection unit 589.
  • the board portion 570 in the connection portion 589 of the pressure sensor 510 has a switch circuit such as a multiplexer.
  • the substrate unit 570 receives the control signal 562 from the control unit 560 and changes the configuration of the Wheatstone bridge using the first resistors R11 to R13 and the second resistors R21 to R23 on the membrane 22.
  • the substrate portion 570 includes any two of the three first resistors R11 to R13 provided on the membrane 22 and any two of the three second resistors R21 to R23 provided on the membrane 22. Can be selected to configure the Wheatstone bridge. Further, the control unit 560 can receive the output of the Wheatstone bridge configured by the substrate unit 570 from the substrate unit 570.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram showing a usage mode of the pressure sensor 510 controlled by the control unit 560. As shown in FIG. 15, the control unit 560 can use the pressure sensor 510 in two modes, a measurement mode and a temperature check mode.
  • the control unit 560 uses the measurement mode when, for example, the pressure sensor 510 detects the pressure to be measured. In the measurement mode, the control unit 560 fixes the configuration of the Wheatstone bridge, obtains the output of the Wheatstone bridge using the predetermined first resistors R11 to R13 and the second resistors R21 to R23, and detects the pressure.
  • the control unit 560 changes the connection of the board unit 570, which is a part of the connection unit 589, and changes the configuration of the Wheatstone bridge while changing the output value of the Wheatstone bridge by each configuration. obtain.
  • FIG. 16 shows the correspondence between the patterns 1 to 9 of the Wheatstone bridge configured by the control unit 560 in the temperature check mode and the first resistors R11 to R13 and the second resistors R21 to R23 used in each pattern. ..
  • the control unit 560 configures the Wheatstone bridges of patterns 1 to 9 shown in FIG. 16 by changing the connection of the board unit 570, and obtains the output value of the Wheatstone bridge according to each configuration.
  • the Wheatstone bridges of patterns 1 to 9 checked in the temperature check mode cover a combination of selecting two of each of the three first resistors R11 to R13 and the second resistors R21 to R23. Therefore, the control unit 560 compares the output values of the Wheatstone bridges according to each configuration to determine which resistor is used to generate an abnormal value, or which resistor is used to prevent an abnormal value. , Can be judged.
  • the control unit 560 controls the temperature check mode. This can be detected by the operation in. That is, when the temperature region 184 is generated at the position where the first resistor R12 is arranged, among the Wheatstone bridges of the patterns 1 to 9, the patterns 1 to 3, 7 to 9 that adopt the first resistor R12 are This is because the output values are different for the patterns 4 to 6 in which the first resistor R12 is not adopted. Even when a temperature region is generated at a position where another resistor is arranged, the resistor can be detected in the same manner.
  • the control unit 560 can determine the configuration of the Wheatstone bridge to be used in the detection mode according to the operation result in the temperature check mode. For example, when the control unit 560 detects that the temperature region 184 is generated at the position where the first resistor R12 is arranged, the control unit 560 checks the temperature of the Wheatstone bridge configuration without using the first resistor R12. It can be adopted in the measurement mode after the mode.
  • the timing at which the control unit 560 operates in the temperature check mode is not particularly limited, but is, for example, at the time of inspection by the pressure sensor 510 or at the start of detection, at the timing when the membrane 22 reaches a predetermined temperature, or at the pressure sensor 510.
  • the control unit 560 can perform the temperature check mode at the timing when the detected pressure reaches a predetermined pressure or the like.
  • the pressure sensor 510 is a first resistor R11 to R13 or a second resistor arranged at a position on the membrane 22 where a temperature distribution is generated while obtaining an actual detected value at the time of inspection or use of the pressure sensor 510.
  • R21 to R23 can be excluded from the resistors constituting the Wheatstone bridge. Thereby, the influence of the temperature distribution generated on the membrane 22 on the output value of the pressure sensor 510 can be effectively reduced or excluded.
  • the pressure sensor 510 has the same effect as the pressure sensor 410 in the common part with the pressure sensor 410 according to the fifth embodiment.
  • the present invention has been described above with reference to embodiments, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and has many other embodiments and modifications.
  • the arrangement of the first resistors R11 to R13 and the second resistors R21 to R23 is not arranged at equal intervals on the first circumference 24 or the second circumference 26, but is partially or wholly biased. May be arranged.

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Abstract

【課題】メンブレン上の温度分布の圧力検出値への影響を低減する圧力センサ 【解決手段】　圧力に応じた歪を生じるメンブレンと、前記メンブレンにおいて圧力付加時に正の歪特性を生じる第１円周上に、互いに離間して配置される少なくとも２つの第１抵抗体と、前記メンブレンにおいて圧力付加時に負の歪特性を生じる第２円周上に、互いに離間して配置される少なくとも２つの第２抵抗体と、を有し、少なくとも２つの前記第１抵抗体と、少なくとも２つの前記第２抵抗体とを含むホイートストンブリッジを構成し、前記第１円周上に配置される前記第１抵抗体の数または前記第２円周上に配置される前記第２抵抗体の数のうち少なくとも一方が３つ以上である圧力センサ。

Description

圧力センサ
　本発明は、メンブレンの変形による歪を抵抗変化により検出する圧力センサに関する。
　圧抵抗効果（ピエゾ抵抗効果ともいう）を利用して、メンブレン（ダイアフラムともいう）の歪を抵抗変化により検出する圧力センサが知られている。このような圧力センサでは、たとえば、ステムと呼ばれる受圧部材の一部に、圧力を受けて弾性変形するメンブレンを形成し、このメンブレンの変形による歪を、メンブレン上に設けられた抵抗体の抵抗変化により検出する。
　メンブレン上には、ホイートストンブリッジの各辺を構成する抵抗体が配置されているが、抵抗体の抵抗値は、圧力によるメンブレンの変化だけではなく、抵抗体の温度によっても変化する。従来の圧力センサにおいては、メンブレン上に温度測定センサを配置し、温度センサによる出力値に応じて、ホイートストンブリッジの出力を補正する（特許文献１参照）。
　しかしながら、温度センサの出力値で補正する従来の技術の場合、温度センサは抵抗体とは異なる位置に配置されているため、温度センサの検出値と抵抗体の温度に誤差が生じる問題がある。たとえば、メンブレンの温度は常に均一である訳ではないので、メンブレンにおける位置によって温度が異なるような場合、従来の技術では、圧力の検出値の誤差が拡大する問題がある。
特開２０１８－４８８５９ 特開平１０－７０２８６号公報
　本発明は、このような実情に鑑みてなされ、メンブレン上の温度分布の圧力検出値への影響を低減する圧力センサを提供する。
　上記目的を達成するために、本発明に係る圧力センサは、
　圧力に応じた歪を生じるメンブレンと、
　前記メンブレンにおいて圧力付加時に正の歪特性を生じる第１円周上に、互いに離間して配置される少なくとも２つの第１抵抗体と、
　前記メンブレンにおいて圧力付加時に負の歪特性を生じる第２円周上に、互いに離間して配置される少なくとも２つの第２抵抗体と、を有し、
　少なくとも２つの前記第１抵抗体と、少なくとも２つの前記第２抵抗体とを含むホイートストンブリッジを構成し、
　前記第１円周上に配置される前記第１抵抗体の数または前記第２円周上に配置される前記第２抵抗体の数のうち少なくとも一方が３つ以上である。
　ホイートストンブリッジを構成するためには、本来２つの第１抵抗体と２つの第２抵抗体で足りるところ、本発明に係る圧力センサでは、少なくとも１つの第１抵抗体または第２抵抗体を余分に有し、各抵抗体がメンブレン上で互いに離間して配置されている。これにより、仮に１つの第１抵抗体または第２抵抗体が、メンブレン上において他の部分とは温度が異なる部分に配置されていたとしても、その抵抗体が圧力センサの出力値へ与える影響を低減または除外することが可能である。
　また、たとえば、前記ホイートストンブリッジを構成する前記第１抵抗体の数が３つ以上であってもよく、
　前記ホイートストンブリッジにおいて前記第１抵抗体または前記第２抵抗体が配置される４つの辺のうちの１つである第１辺は、２つ以上の前記第１抵抗体で構成されてもよい。
　第１抵抗体を３つ以上とし、２つの第１抵抗体でホイートストンブリッジの第１辺を構成することにより、第１円周上に生じる温度分布が圧力センサの出力値へ与える影響を低減できる。
　また、たとえば、前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の１つと、前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の他の１つとの距離は、前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の１つと、前記ホイートストンブリッジにおける前記第１辺とは異なる第２辺を構成する前記第１抵抗体の少なくとも１つとの距離以上であってもよい。
　第１辺を２つの第１抵抗体で構成する場合、その２つの第１抵抗体間の距離を大きくすることにより、第１辺の合成抵抗値がメンブレンの標準的な温度を反映する可能性が高まる。したがって、このような圧力センサは、第１円周上に生じる温度分布が圧力センサの出力値へ与える影響を、効果的に低減できる。
　また、たとえば、前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の１つは、前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の他の１つに対して、直列接続されていてもよい。
　互いに直列接続された２つの第１抵抗体により第１辺を構成することにより、それぞれの第１抵抗体の抵抗値を小さくすることができるため、このような第１抵抗体は小型化に有利である。
　前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の１つは、前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の他の１つに対して、並列接続されていてもよい。
　互いに並列接続された２つの第１抵抗体により第１辺を構成することにより、万が一１つの第１抵抗体に予期せぬ温度変化や損傷が発生した場合であっても、ホイートストンブリッジの機能を保てるため、冗長性の観点で有利である。
　また、たとえば、前記ホイートストンブリッジを構成する前記第２抵抗体の数が３つ以上であってもよく、
　前記ホイートストンブリッジにおいて前記第１抵抗体または前記第２抵抗体が配置される４つの辺のうちの１つである第３辺は、２つ以上の前記第２抵抗体で構成されてもよい。
　第２抵抗体を３つ以上とし、２つの第２抵抗体でホイートストンブリッジの第３辺を構成することにより、第２円周上に生じる温度分布が圧力センサの出力値へ与える影響を低減できる。
　また、たとえば、前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の１つと、前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の他の１つとの距離は、前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の１つと、前記ホイートストンブリッジにおける前記第３辺とは異なる第４辺を構成する前記第２抵抗体の少なくとも１つとの距離以上であってもよい。
　第３辺を２つの第２抵抗体で構成する場合、その２つの第２抵抗体間の距離を大きくすることにより、第３辺の合成抵抗値がメンブレンの標準的な温度を反映する可能性が高まる。したがって、このような圧力センサは、第２円周上に生じる温度分布が圧力センサの出力値へ与える影響を、効果的に低減できる。
　また、たとえば、前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の１つは、前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の他の１つに対して、直列接続されていてもよい。
　互いに直列接続された２つの第２抵抗体により第３辺を構成することにより、それぞれの第２抵抗体の抵抗値を小さくすることができるため、このような第２抵抗体は小型化に対して有利である。
　また、前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の１つは、前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の他の１つに対して、並列接続されていてもよい。
　互いに並列接続された２つの第２抵抗体により第３辺を構成することにより、万が一１つの第２抵抗体に予期せぬ温度変化や損傷が発生した場合であっても、ホイートストンブリッジの機能を保てるため冗長性に優れている。
　また、たとえば、本発明に係る圧力センサは、前記第１抵抗体および前記第２抵抗体の少なくとも１つの一方の端部と他方の端部に電気的に接続する少なくとも一対の接続部を有してもよく、
　前記接続部は、前記第１抵抗体および前記第２抵抗体の少なくとも１つが、前記ホイートストンブリッジを構成する状態と、前記ホイートストンブリッジを構成しない状態とに接続を変更可能であってもよい。
　このような圧力センサは、圧力センサを基板部などに配線する段階や、圧力センサを測定対象に組み立てた段階などにおいて、メンブレン上の温度分布が生じる位置に配置される第１抵抗体または第２抵抗体を、ホイートストンブリッジを構成する抵抗体から除外することができる。このような圧力センサは、メンブレン上に生じる温度分布が圧力センサの出力値へ与える影響を、低減または除外できる。
　また、たとえば、本発明に係る圧力センサは、前記接続電極部の接続の変更を制御する制御部を有してもよい。
　このような制御部を有する圧力センサは、圧力センサの検査時や使用時等において、実際の検出値を得ながら、メンブレン上の温度分布が生じる位置に配置される第１抵抗体または第２抵抗体を、ホイートストンブリッジを構成する抵抗体から除外することができる。これにより、メンブレン上に生じる温度分布が圧力センサの出力値へ与える影響を、効果的に低減または除外できる。
　また、たとえば前記第１円周上に配置されるすべての前記第１抵抗体は、略等間隔に配置されていてもよく、
　前記第２円周上に配置されるすべての前記第２抵抗体は、略等間隔に配置されていてもよい。
　このような圧力センサは、ホイートストンブリッジのそれぞれの辺が、メンブレン上の標準的な温度分布を有する抵抗体を含む可能性を高め、メンブレン上の温度分布が圧力センサの出力値へ与える影響を、効果的に低減できる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサの模式断面図である。 図２は、第１実施形態に係る圧力センサにおける抵抗体の配置を示す概念図である。 図３は、第１実施形態に係る圧力センサで発生する温度分布の一例を示す概念図である。 図４は、第１実施形態に係る圧力センサで形成されるホイートストンブリッジの構成例を示す概念図である。 図５は、第２実施形態に係る圧力センサにおける抵抗体の配置を示す概念図である。 図６は、第２実施形態に係る圧力センサで発生する温度分布の一例を示す概念図である。 図７は、第２実施形態に係る圧力センサで形成されるホイートストンブリッジの構成例を示す概念図である。 図８は、第３実施形態に係る圧力センサにおける抵抗体の配置を示す概念図である。 図９は、第３実施形態に係る圧力センサで形成されるホイートストンブリッジの構成例を示す概念図である。 図１０は、第３実施形態に係る圧力センサにおける配線形状の一例を示す概念図である。 図１１は、第３実施形態に係る圧力センサで発生する温度分布の一例を示す概念図である。 図１２は、第４実施形態に係る圧力センサを用いて形成されるホイートストンブリッジの構成例を示す概念図である。 図１３は、第５実施形態に係る圧力センサを示す概念図である。 図１４は、第６実施形態に係る圧力センサを示す概念図である。 図１５は、図１４に示す制御部による制御方法の一例を表す概念図である。 図１６は、図１４に示す制御部が行う制御モードを説明する概念図である。
　以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
　第１実施形態
　図１は、本発明に係る圧力センサ１０の概略断面図である。圧力センサ１０は、メンブレン２２を有するステム２０、ステム２０へ圧力を伝える流路１２ｂが形成されている接続部材１２、接続部材１２に対してステム２０を固定する抑え部材１４、メンブレン２２上の電極部などに対して配線される基板部７０などを有する。
　図１に示すように、接続部材１２の外周には、圧力センサ１０を測定対象に対して固定するためのねじ溝１２ａが形成されている。ねじ溝１２ａを介して圧力センサ１０を固定することにより、接続部材１２の内部に形成されている流路１２ｂは、測定対象である圧力室に対して気密に連通する。
　図１に示すように、ステム２０は、有底（上底）筒状の外形上を有しており、接続部材１２における流路１２ｂの一方の端部に設けられる。ステム２０は、開口部側にフランジ部２１が設けられており、抑え部材１４と接続部材１２との間にフランジ部２１が挟み込まれることにより、接続部材１２に対して固定される。ステム２０の開口部と接続部材１２の流路１２ｂとは、抑え部材１４を用いて気密に連結されており、測定対象の圧力が、ステム２０のメンブレン２２に伝えられる。
　ステム２０の上底には、メンブレン２２が備えられる。メンブレン２２は、側壁など、ステム２０における他の部分に比べて肉薄になっており、流路１２ｂから伝えられる圧力に応じた変形を生じる。メンブレン２２は、圧力流体に接触する内面２２ａと、内面２２ａとは反対側の外面２２ｂとを有しており、メンブレン２２の外面２２ｂ側には、後述する抵抗体や電極部などが設けられる。
　抑え部材１４には、基板部７０が固定されている。基板部７０は、メンブレン２２の外面２２ｂに形成された抵抗体や電極部に対して電気的に接続される配線や回路などを有する。基板部７０とメンブレン上の電極部および抵抗体とは、ワイヤボンディングなどにより形成される接続配線８２などを介して、電気的に接続されている。基板部７０はリング状の外形状を有しており、ステム２０は、基板部７０の中央に形成される貫通穴を挿通している。
　図２は、メンブレン２２の外面２２ｂにおける抵抗体の配置状態を示す概念図である。図２の上部は、ステム２０の模式断面図であり、図２の下部は、メンブレン２２の外面２２ｂ側である上方向からステム２０を見た概略平面図である。
　図２の下部に示すように、メンブレン２２の外面２２ｂには、２つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２と、３つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３が配置されている。第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２は、図２に示すように、メンブレン２２において圧力付加時に正の歪特性ε＋を生じる第１円周２４上に、互いに離間して配置される。第１円周２４上には、少なくとも２つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２が配置されていればよく、他の実施形態で示すように、本発明に係る圧力センサは、３つ、４つ、または５つ以上の第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２を有してもよい。
　２つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２は、第１円周２４上に沿って１８０°のピッチで配置されている。第１円周２４上に配置されるすべての第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２は、略等間隔に配置されていることが好ましい。なお、第１円周２４は、メンブレン２２において所定の圧力付加時に、略同じ歪が生じる位置を繋ぐ線であることが好ましい。このような第１円周２４上に第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２を配置することにより、圧力とホイートストンブリッジの出力との線形性が向上する。また、第１円周２４は、圧力付加時にメンブレン２２上で最大の正の歪が生じる位置を通ることが好ましいが、正の歪が生じる他の位置を通るものであってもよい。さらに、図２に示すように、第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２は、その中心位置が第１円周２４に配置されることが好ましいが、第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２の配置としてはこれに限定されず、第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２の少なくとも一部が、第１円周２４上に配置されていればよい。
　第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３は、図２に示すように、メンブレン２２において圧力付加時に負の歪特性ε－を生じる第２円周２６上に、互いに離間して配置される。３つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３は、第２円周２６上に沿って１２０°のピッチで配置されている。第２円周２６上に配置されるすべての第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、R２３は、略等間隔に配置されていることが好ましい。図２に示す実施形態では、第２円周２６上には、少なくとも２つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３が配置されていればよく、たとえば、第１円周２４上に３つ以上の第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２が配置されている場合には、第２円周２６上に２つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２が配置されていてもよい。また、本発明に係る圧力センサは、他の実施形態で示すように、４つ、または５つ以上の第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２を有してもよい。なお、第２円周２６は、第１円周２４と同様に、メンブレン２２において所定の圧力付加時に、略同じ歪が生じる位置を繋ぐ線であることが好ましい。このような第２円周２６上に第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３を配置することにより、圧力とホイートストンブリッジの出力との線形性が向上する。また、第２円周２６は、圧力付加時にメンブレン２２上で絶対値が最大の負の歪が生じる位置を通ることが好ましいが、負の歪が生じる他の位置を通るものであってもよい。さらに、図２に示すように、第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３は、その中心位置が第２円周２６に配置されることが好ましいが、第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３の配置としてはこれに限定されず、第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、R２３の少なくとも一部が、第２円周２６上に配置されていればよい。
　圧力センサ１０は、第１円周２４上に配置される第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２の数または第２円周２６上に配置される第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３の数のうち少なくとも一方が３つ以上である。すなわち、圧力センサ１０では、第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２の数が２つであり、第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３の数が３つとなっている。これに対して、図４に示すように、圧力センサ１０では、少なくとも２つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２と、少なくとも２つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３によってホイートストンブリッジ５０を構成する。したがって、圧力センサ１０では、第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３の数が、ホイートストンブリッジ５０を成立させるための必要数より多くなっている。
　図４に示すように、ホイートストンブリッジ５０は、第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２または第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３が配置される４つの辺である第１辺５１、第２辺５２、第３辺５３および第４辺５４を有する。第１辺５１と第２辺５２は、第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２のいずれかで構成され、第３辺５３と第４辺５４は、第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３のいずれかで構成される。
　図４に示すように、圧力センサ１０では、ホイートストンブリッジ５０を構成する第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２の数は２つであり、第１辺５１は第１抵抗体Ｒ１１で構成され、第２辺５２は第１抵抗体Ｒ１２で構成される。また、圧力センサ１０では、ホイートストンブリッジ５０を構成する第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２の数は２つであり、第３辺５３は第２抵抗体Ｒ２１で構成され、第４辺５４は第２抵抗体Ｒ２２で構成される。
　図２と図４の比較から理解できるように、圧力センサ１０において、図２に示す第２抵抗体Ｒ２３は、圧力を検出するためのホイートストンブリッジ５０を構成しない。このように、圧力センサ１０では、ホイートストンブリッジ５０を構成するために必要な第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３の数より多くの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３が、第２円周２６上に配置されている。したがって、たとえば、図３に示すように、圧力センサ１０を適用する機器の特性上、第２抵抗体Ｒ２３が配置される位置に、メンブレン２２上の他の位置とは異なる温度領域８４が発生することが製造段階で予め分かっていれば、配線などを調整して、第２抵抗体Ｒ２３を含めないでホイートストンブリッジ５０（図４参照）を構成する。
　これにより、圧力センサ１０は、温度が略等しい領域に配置された第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２および第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２を用いてホイートストンブリッジ５０を構成することが可能となり、メンブレン２２上の温度分布の圧力検出値への影響を低減または除去することができる。なお、圧力センサ１０では、第２抵抗体Ｒ２３の代わりに、第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２を、ホイートストンブリッジ５０を構成する抵抗体から除外することも可能である。たとえば、第２抵抗体Ｒ２２が配置される位置の温度が他の位置とは異なる場合には、配線などを調整して、第２抵抗体Ｒ２２をホイートストンブリッジ５０の構成から除外し、第２抵抗体Ｒ２３をホイートストンブリッジ５０の構成に含めることができる。
　図２に示すようなメンブレン２２を有するステム２０およびメンブレン２２上に設けられる第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３は、たとえば、以下のようにして作製される。まず、メンブレン２２を有するステム２０を機械加工により作製する。ステム２０の材質は、適切な弾性変形を生じるものであれば特に限定されず、例えばステンレスなどの金属や合金が挙げられる。
　次に、メンブレン２２の上に、絶縁膜を挟んで半導体薄膜または金属薄膜を形成し、これらの薄膜に対してレーザー加工や、スクリーン印刷のような半導体加工技術による微細加工などを行うことにより、図２に示すような第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３や、配線部、接続電極部などを形成する。なお、必要に応じて、第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３などの上には、絶縁性の表面層が形成されてもよい。
　第２実施形態
　図５は、第２実施形態に係る圧力センサ１１０のメンブレン２２における抵抗体の配置状態を示す概念図である。図５の上部は、ステム２０の模式断面図であり、図５の下部は、メンブレン２２の外面２２ｂ側である上方向からステム２０を見た概略平面図である。第２実施形態に係る圧力センサ１１０は、第１円周２４上に配置される抵抗体の数や、ホイートストンブリッジ１５０の構成が異なることを除き、第１実施形態に係る圧力センサ１０と同様である。圧力センサ１１０については、圧力センサ１０との相違点を中心に説明を行い、圧力センサ１０との共通点については、説明を省略する。
　図５に示すように、圧力センサ１１０は、第１円周２４上に互いに離間して配置される３つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３を有する。圧力センサ１１０の３つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３は、第１円周２４上に沿って１２０°の間隔を空けて配置されている。ただし、３つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３の配置は、３つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３に対して、略６０°角度をずらして配置されている。第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３と第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３との配置をずらすことにより、特異な温度領域に複数の抵抗体が配置される問題を防止することができる。
　図５に示すように、圧力センサ１１０では、第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３の数と、第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３の数とが、いずれも３つとなっている。これに対して、図７に示すように、圧力センサ１１０では、２つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３と、２つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２によってホイートストンブリッジ１５０を構成する。したがって、圧力センサ１１０では、第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３と第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３の数が、それぞれ、ホイートストンブリッジ１５０を成立させるための必要数より多くなっている。
　図７に示すように、圧力センサ１１０では、ホイートストンブリッジ１５０を構成する第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２の数は２つであり、第１辺１５１は第１抵抗体Ｒ１１で構成され、第２辺１５２は第１抵抗体Ｒ１３で構成される。また、圧力センサ１１０では、ホイートストンブリッジ１５０を構成する第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２の数は２つであり、第３辺１５３は第２抵抗体Ｒ２１で構成され、第４辺１５４は第２抵抗体Ｒ２２で構成される。
　図５と図７の比較から理解できるように、圧力センサ１１０において、図５に示す第１抵抗体Ｒ１２は、圧力を検出するためのホイートストンブリッジ１５０を構成しない。このように、圧力センサ１１０では、ホイートストンブリッジ１５０を構成するために必要な第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３の数より多くの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３が、第１円周２４上に配置されている。したがって、たとえば、図６に示すように、圧力センサ１１０を適用する機器の特性上、第１抵抗体Ｒ１２が配置される位置に、メンブレン２２上の他の位置とは異なる温度領域１８４が発生することが製造段階で予め分かっていれば、配線などを調整して、第１抵抗体Ｒ１２を含めないでホイートストンブリッジ１５０（図７参照）を構成する。
　これにより、圧力センサ１１０は、温度が略等しい領域に配置された第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３および第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２を用いてホイートストンブリッジ１５０を構成することが可能となり、メンブレン２２上の温度分布の圧力検出値への影響を低減または除去することができる。なお、圧力センサ１１０では、第２円周２６上に配置される第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３については、いずれも温度領域１８４の外に位置している。したがって、いずれの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３を用いて、ホイートストンブリッジ１５０を構成してもかまわない。また、温度領域１８４が図６に示す位置とは異なる位置に生じる場合には、温度領域１８４の位置に応じて、ホイートストンブリッジ１５０を構成する第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３および第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３を変更することができる。
　その他、圧力センサ１１０は、第１実施形態に係る圧力センサ１０と同様の効果を奏する。
　第３実施形態
　図８は、第３実施形態に係る圧力センサ２１０のメンブレン２２における抵抗体の配置状態を示す概念図である。図８の上部は、ステム２０の模式断面図であり、図８の下部は、メンブレン２２の外面２２ｂ側である上方向からステム２０を見た概略平面図である。第３実施形態に係る圧力センサ２１０は、第１円周２４および第２円周２６上に配置される抵抗体の数や、ホイートストンブリッジ２５０の構成（図９参照）が異なることを除き、第１実施形態に係る圧力センサ１０と同様である。圧力センサ２１０については、圧力センサ１０との相違点を中心に説明を行い、圧力センサ１０との共通点については、説明を省略する。
　図８の下部に示すように、メンブレン２２の外面２２ｂには、４つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４と、４つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ２４が配置されている。第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４は、メンブレン２２において圧力付加時に正の歪特性ε＋を生じる第１円周２４上に、互いに離間して配置される。また、第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４は、メンブレン２２において圧力付加時に負の歪特性ε－を生じる第２円周２６上に、互いに離間して配置される。
　４つの第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４は、第１円周２４上に沿って９０°のピッチで配置されている。また、４つの第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４は、第２円周２６上に沿って９０°のピッチで配置されている。４つの第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４の配置は、４つの第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４に対して、略４５°角度をずらして配置されている。
　図９は、圧力センサ２１０で形成されるホイートストンブリッジ２５０の構成を示す概念図である。図９に示すように、圧力センサ２１０では、ホイートストンブリッジ２５０を構成する第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４の数が３つ以上（図９に示す例では４つ）である。ホイートストンブリッジ２５０において第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４または第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４が配置される４つの辺のうち１つである第１辺２５１は、２つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３で構成される。
　また、図８および図９から理解できるように、第１辺２５１を構成する第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３の１つである第１抵抗体Ｒ１１と、第１辺２５１を構成する第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３の他の１つである第１抵抗体Ｒ１３との距離は、第１抵抗体Ｒ１１と、ホイートストンブリッジ２５０における第１辺２５１とは異なる第２辺２５２を構成する第１抵抗体Ｒ１２、Ｒ１４の少なくとも１つとの距離以上である。より具体的には、第１辺２５１を構成する第１抵抗体Ｒ１１と第１抵抗体Ｒ１３とは、第１円周２４上において真逆の位置（１８０°の回転位置）に配置されているのに対して、第２辺２５２を構成する第１抵抗体Ｒ１２、Ｒ１４は、第１抵抗体Ｒ１１に対して、隣接する位置（９０°の回転位置）に配置されている。
　第１辺２５１を２つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３で構成する場合、その２つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３間の距離を大きくしてメンブレン２２上に分散して配置することにより、第１辺２５１の合成抵抗値が、メンブレン２２の標準的な温度を反映した抵抗値に近づく可能性が高まる。したがって、このような圧力センサ２１０は、第１円周２４上に生じる温度分布が圧力センサ２１０の出力値へ与える影響を、効果的に低減できる。
　また、第１辺２５１を構成する第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３の１つである第１抵抗体Ｒ１１は、第１辺２５１を構成する第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３の他の１つである第１抵抗体Ｒ１３に対して、並列接続されている。互いに並列接続された２つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３により第１辺２５１を構成することにより、仮に一方の第１抵抗体Ｒ１１が、メンブレン２２上における他の領域とは異なる温度となる位置にあったとしても、第１抵抗体Ｒ１１単独で第１辺２５１を構成する場合に比べて、メンブレン２２上の温度分布の影響を低減することができる。なぜなら、ホイートストンブリッジ２５０の第１辺２５１は、第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３の合成抵抗で構成されるため、他方の第１抵抗体Ｒ１３がメンブレン２２上の標準的な温度の領域に配置されていれば、一方の第１抵抗体Ｒ１１の温度異常による出力値のずれを、略半分に減らすことができるからである。
　図９に示すように、ホイートストンブリッジ２５０の第２辺２５２も、２つの第１抵抗体Ｒ１２、Ｒ１４で構成され、第１辺２５１と同様の特徴を有する。
　また、図９に示すように、圧力センサ２１０では、ホイートストンブリッジ２５０を構成する第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４の数が、第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４と同様に、３つ以上（図９に示す例では４つ）である。ホイートストンブリッジ２５０において第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４または第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４が配置される４つの辺のうち１つである第３辺２５３は、２つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３で構成される。
　また、図８および図９から理解できるように、第３辺２５３を構成する第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３の１つである第２抵抗体Ｒ２１と、第３辺２５３を構成する第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３の他の１つである第２抵抗体Ｒ２３との距離は、第２抵抗体Ｒ２１と、ホイートストンブリッジ２５０における第３辺２５３とは異なる第４辺２５４を構成する第２抵抗体Ｒ２２、Ｒ２４の少なくとも１つとの距離以上である。より具体的には、第３辺２５３を構成する第２抵抗体Ｒ２１と第２抵抗体Ｒ２３とは、第２円周２６上において真逆の位置（１８０°の回転位置）に配置されているのに対して、第４辺２５４を構成する第２抵抗体Ｒ２２、Ｒ２４は、第２抵抗体Ｒ２１に対して、隣接する位置（９０°の回転位置）に配置されている。
　第３辺２５３を２つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３で構成する場合、その２つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３間の距離を大きくすることにより、第３辺２５３の合成抵抗値がメンブレン２２の標準的な温度を反映する可能性が高まる。したがって、このような圧力センサ２１０は、第２円周２６上に生じる温度分布が圧力センサ２１０の出力値へ与える影響を、効果的に低減できる。
　また、第３辺２５３を構成する第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３の１つである第２抵抗体Ｒ２１は、第３辺２５３を構成する第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３の他の１つである第２抵抗体Ｒ２３に対して、並列接続されている。互いに並列接続された２つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３により第３辺２５３を構成することにより、仮に一方の第２抵抗体Ｒ２１が、図１１に示すように、メンブレン２２上における他の領域とは異なる温度となる温度領域２８４に位置していたとしても、第２抵抗体Ｒ２１単独で第３辺２５３を構成する場合に比べて、メンブレン２２上の温度分布の影響を低減することができる。なぜなら、ホイートストンブリッジ２５０の第３辺２５３は、第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３の合成抵抗で構成されるため、他方の第２抵抗体Ｒ２３がメンブレン２２上の標準的な温度の領域に配置されていれば、一方の第２抵抗体Ｒ２１の温度異常による出力値のずれを、略半分に減らすことができる。
　図９に示すように、ホイートストンブリッジ２５０の第４辺２５４も、２つの第２抵抗体Ｒ２２、Ｒ２４で構成され、第３辺２５３と同様の特徴を有する。
　図１０は、圧力センサ２１０における配線形状の一例を示す概念図である。図９に示すようなホイートストンブリッジ２５０は、たとえば図１０に示すように、メンブレン２２上に配置された第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４を電気的に接続することにより作製することができる。第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４を電気的に接続する配線部２８５や、配線部２８５の端部に接続する電極部２８６は、たとえば、第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４と同様に、金属薄膜に対する微細加工などにより形成される。
　第３実施形態に係る圧力センサ２１０は、第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４を３つ以上とし、複数の第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４または複数の第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４で、ホイートストンブリッジ２５０の各辺を構成することにより、メンブレン２２上の温度分布が圧力センサ２１０の出力値へ与える影響を低減できる。
　その他、圧力センサ２１０は、第１実施形態に係る圧力センサ１０との共通部分については、圧力センサ１０と同様の効果を奏する。
　第４実施形態
　図１２は、第４実施形態に係る圧力センサ３１０で形成されるホイートストンブリッジ３５０の構成を示す概念図である。第４実施形態に係る圧力センサ３１０は、ホイートストンブリッジ３５０の各辺を構成する抵抗体が直列接続されている点で第３実施形態に係る圧力センサ２１０とは異なるが、その余の点については、第３実施形態に係る圧力センサ２１０と同様である。圧力センサ３１０については、圧力センサ２１０との相違点を中心に説明を行い、圧力センサ２１０との共通点については、説明を省略する。
　図１２に示すように、第４実施形態に係る圧力センサ３１０は、第３実施形態に係る圧力センサ２１０と同様に、４つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４と、４つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ２４とを有する。第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４のメンブレン２２上における配置は、図８に示す圧力センサ２１０と同様である。
　図１２に示すように、ホイートストンブリッジ３５０の第１辺３５１を構成する第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３の１つである第１抵抗体Ｒ１１は、第１辺３５１を構成する第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３の他の１つである第１抵抗体Ｒ１３に対して、直列接続されている。互いに直列接続された２つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３により第１辺３５１を構成することにより、それぞれの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３の抵抗値を小さくすることができるため、このような第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１３は小型化に有利である。また、圧力センサ３１０は、圧力センサ２１０と同様に、仮に一方の第１抵抗体Ｒ１１が、メンブレン２２上における他の領域とは異なる温度となる位置にあったとしても、第１抵抗体Ｒ１１単独で第１辺２５１を構成する場合に比べて、圧力センサ３１０の出力値に対するメンブレン２２上の温度分布の影響を低減することができる。
　図１２に示すように、ホイートストンブリッジ３５０の第２辺３５２も、２つの第１抵抗体Ｒ１２、Ｒ１４で構成され、第１辺３５１と同様の特徴を有する。
　また、図１２に示すように、ホイートストンブリッジ３５０の第３辺３５３を構成する第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３の１つである第２抵抗体Ｒ２１は、第３辺３５３を構成する第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３の他の１つである第２抵抗体Ｒ２３に対して、直列接続されている。互いに直列接続された２つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３により第３辺３５３を構成することにより、それぞれの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３の抵抗値を小さくすることができるため、このような第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２３は小型化に有利である。また、圧力センサ３１０は、圧力センサ２１０と同様に、仮に一方の第２抵抗体Ｒ２１が、メンブレン２２上における他の領域とは異なる温度となる位置にあったとしても、第２抵抗体Ｒ２１単独で第３辺２５３を構成する場合に比べて、圧力センサ３１０の出力値に対するメンブレン２２上の温度分布の影響を低減することができる。
　図１２に示すように、ホイートストンブリッジ３５０の第４辺３５４も、２つの第２抵抗体Ｒ２２、Ｒ２４で構成され、第３辺３５３と同様の特徴を有する。
　第４実施形態に係る圧力センサ３１０は、第３実施形態に係る圧力センサ２１０と同様に、第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４を３つ以上とし、複数の第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４または複数の第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４で、ホイートストンブリッジ３５０の各辺を構成することにより、メンブレン２２上の温度分布が圧力センサ３１０の出力値へ与える影響を低減できる。
　その他、圧力センサ３１０は、第３実施形態に係る圧力センサ２１０との共通部分については、圧力センサ２１０と同様の効果を奏する。
　第５実施形態
　図１３は、第５実施形態に係る圧力センサ４１０を示す概念図である。圧力センサ４１０は、第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３の接続を変更可能な接続部４８９を有することを除き、図５に示す圧力センサ１１０と同様である。圧力センサ４１０については、圧力センサ１１０との相違点を中心に説明を行い、圧力センサ１１０との共通点については、説明を省略する。
　圧力センサ４１０は、図５に示す圧力センサ１１０と同様に、第１円周２４上に互いに離間して配置される３つの第１抵抗体Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３と、第２円周２６上に互いに離間して配置される３つの第２抵抗体Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３とを有する。
　図１３に示すように、圧力センサ４１０は、各抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３、Ｒ２１～Ｒ２３の一方の端部と他方の端部に電気的に接続する接続電極部４８８を有する。接続電極部４８８は、メンブレン２２上に、各抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３、Ｒ２１～Ｒ２３につき、１対ずつ設けられている。
　それぞれの接続電極部４８８は、接続配線４８２を介して基板部４７０に接続されている。これにより、各抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３、Ｒ２１～Ｒ２３は、それぞれ独立に、基板部４７０に対して接続可能である。
　圧力センサ４１０の接続部４８９は、接続電極部４８８、接続配線４８２および基板部４７０により構成される。接続部４８９は、１対の接続電極部４８８を介して接続部４８９が接続する抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３、Ｒ２１～Ｒ２３が、圧力センサ４１０のホイートストンブリッジを構成する状態と、ホイートストンブリッジを構成しない状態とに、接続を変更可能である。接続部４８９が上述のように接続を変更する方法は、たとえば、基板部４７０内におけるジャンパー線等による接続状態を変更する方法や、接続配線４８２の接続状態を変更する方法などが挙げられるが、これらのみには限定されない。
　圧力センサ４１０は、図７に示される圧力センサ１１０のホイートストンブリッジ１５０と同様のホイートストンブリッジを構成することができるほか、ホイートストンブリッジ１５０とは異なるホイートストンブリッジを構成するように、接続部４８９の接続を変更することも可能である。たとえば、図７に示すホイートストンブリッジ１５０の第４辺１５４を構成する抵抗体を、第２抵抗体Ｒ２２から第２抵抗体Ｒ２３に変更したり、第１辺１５１を構成する抵抗体を、第１抵抗体Ｒ１１から第１抵抗体Ｒ１２に変更したりすることができる。
　圧力センサ４１０は、圧力センサ４１０の検査時や使用時において、実際の検出値を得ながら、メンブレン２２上の温度分布が生じる位置に配置される第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３または第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３を、ホイートストンブリッジを構成する抵抗体から除外することができる。これにより、圧力センサ４１０は、メンブレン２２上に生じる温度分布が圧力センサ４１０の出力値へ与える影響を、効果的に低減または除外できる。
　なお、図１３に示す圧力センサ４１０は、メンブレン２２上に配置されるすべての抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３、Ｒ２１～Ｒ２３に対して、一対の接続部４８９を備えている。ただし、圧力センサ４１０は、これとは異なり、一部の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３、Ｒ２１～Ｒ２３のみに対して、一対の接続部４８９を備えていてもよい。圧力センサ４１０は、少なくとも１つの抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３、Ｒ２１～Ｒ２３に対して一対の接続部４８９を備えていれば、ホイートストンブリッジの構成を変更することができる。
　その他、圧力センサ４１０は、第２実施形態に係る圧力センサ１１０との共通部分については、圧力センサ１１０と同様の効果を奏する。
　第６実施形態
　図１４は、第６実施形態に係る圧力センサ５１０を示す概念図である。圧力センサ５１０は、基板部５７０が異なることと、制御部５６０を有することを除き、図１３に示す圧力センサ４１０と同様である。圧力センサ５１０については、圧力センサ４１０との相違点を中心に説明を行い、圧力センサ４１０との共通点については、説明を省略する。
　図１４に示すように、圧力センサ５１０は、接続部５８９の接続の変更を制御する制御部５６０を有する。圧力センサ５１０の接続部５８９における基板部５７０は、たとえばマルチプレクサのようなスイッチ回路を有する。基板部５７０は、制御部５６０からの制御信号５６２を受けて、メンブレン２２上の第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３を用いるホイートストンブリッジの構成を変更する。
　たとえば、基板部５７０は、メンブレン２２上に設けられる３つの第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３のうち任意の２つと、メンブレン２２上に設けられる３つの第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３のうち任意の２つとを選択し、ホイートストンブリッジを構成することができる。また、制御部５６０は、基板部５７０によって構成されたホイートストンブリッジの出力を、基板部５７０から受け取ることができる。
　図１５は、制御部５６０によって制御される圧力センサ５１０の使用モードを示す概念図である。図１５に示すように、制御部５６０は、圧力センサ５１０を、測定モードと温度チェックモードとの２つのモードで使用することができる。
　制御部５６０は、たとえば、圧力センサ５１０により測定対象の圧力を検出する際に、測定モードを使用する。制御部５６０は、測定モードでは、ホイートストンブリッジの構成を固定し、所定の第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３を用いてホイートストンブリッジの出力を得て、圧力を検出する。
　これに対して、制御部５６０は、温度チェックモードでは、接続部５８９の一部である基板部５７０の接続を変更し、ホイートストンブリッジの構成を変更しながら、各構成によるホイートストンブリッジの出力値を得る。図１６は、制御部５６０が温度チェックモードで構成するホイートストンブリッジのパターン１～９と、各パターンで使用する第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３との対応を示している。
　制御部５６０は、図１６に示すパターン１～９のホイートストンブリッジを、基板部５７０の接続を変更して構成し、各構成によるホイートストンブリッジの出力値を得る。温度チェックモードでチェックするパターン１～９のホイートストンブリッジには、３つの第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３および第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３から各２つを選択する組み合わせが網羅されている。したがって、制御部５６０は、各構成によるホイートストンブリッジの出力値を比較することにより、どの抵抗体を採用した場合に異常値が生じるか、または、どの抵抗体を採用すると異常値が生じないのかを、判断することができる。
　たとえば、図６に示すように、第１抵抗体Ｒ１２が配置されている位置に、メンブレン２２の他の位置とは温度が異なる温度領域１８４が生じている場合、制御部５６０は、温度チェックモードでの動作により、これを検知することができる。すなわち、第１抵抗体Ｒ１２が配置されている位置に温度領域１８４が生じている場合、パターン１～９のホイートストンブリッジのうち、第１抵抗体Ｒ１２を採用するパターン１～３、７～９が、第１抵抗体Ｒ１２を採用しないパターン４～６に対して、異なる出力値となるためである。他の抵抗体が配置されている位置に温度領域が生じている場合にも、これと同様にして、その抵抗体を検知することができる。
　制御部５６０は、温度チェックモードでの動作結果に応じて、検出モードで使用するホイートストンブリッジの構成を決定することができる。たとえば、制御部５６０は、第１抵抗体Ｒ１２が配置されている位置に温度領域１８４が生じていることを検知した場合、第１抵抗体Ｒ１２を用いない構成のホイートストンブリッジの構成を、温度チェックモード後の測定モードで採用することができる。
　制御部５６０が温度チェックモードでの動作を行うタイミングとしては、特に限定されないが、例えば圧力センサ５１０による検査時または検出開始時や、メンブレン２２が所定の温度に達したタイミングや、圧力センサ５１０で検出される圧力が所定の圧力に達したタイミングなどで、制御部５６０は、温度チェックモードを行うことができる。
　圧力センサ５１０は、圧力センサ５１０の検査時や使用時等において、実際の検出値を得ながら、メンブレン２２上の温度分布が生じる位置に配置される第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３または第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３を、ホイートストンブリッジを構成する抵抗体から除外することができる。これにより、メンブレン２２上に生じる温度分布が圧力センサ５１０の出力値へ与える影響を、効果的に低減または除外できる。
　その他、圧力センサ５１０は、第５実施形態に係る圧力センサ４１０との共通部分については、圧力センサ４１０と同様の効果を奏する。
　以上、実施形態を挙げて本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態のみには限定されず、他の多くの実施形態および変形例を有することが言うまでもない。たとえば、第１抵抗体Ｒ１１～Ｒ１３や第２抵抗体Ｒ２１～Ｒ２３の配置は、第１円周２４または第２円周２６上に等間隔に配置されるのではなく、一部または全部が偏って配置されていてもよい。
　１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０…圧力センサ
　１２…接続部材
　１２ａ…ねじ溝
　１２ｂ…流路
　１４…抑え部材
　２０…ステム
　２２ａ…内面
　２２ｂ…外面
　２２…メンブレン
　２４…第１円周
　２６…第２円周
　Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４…第１抵抗体
　Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ２４…第２抵抗体
　５０、１５０、２５０、３５０…ホイートストンブリッジ
　５１、１５１、２５１、３５１…第１辺
　５２、１５２、２５２、３５２…第２辺
　５３、１５３、２５３、３５３…第３辺
　５４、１５４、２５４、３５４…第４辺
　７０、４７０、５７０…基板部
　８２、４８２…接続配線
　８４、１８４、２８４…温度領域
　２８５…配線部
　４８８…接続電極部
　４８９、５８９…接続部
　５６０…制御部
　５６２…制御信号

Claims (12)

  1. 　圧力に応じた歪を生じるメンブレンと、
    　前記メンブレンにおいて圧力付加時に正の歪特性を生じる第１円周上に、互いに離間して配置される少なくとも２つの第１抵抗体と、
    　前記メンブレンにおいて圧力付加時に負の歪特性を生じる第２円周上に、互いに離間して配置される少なくとも２つの第２抵抗体と、を有し、
    　少なくとも２つの前記第１抵抗体と、少なくとも２つの前記第２抵抗体とを含むホイートストンブリッジを構成し、
    　前記第１円周上に配置される前記第１抵抗体の数または前記第２円周上に配置される前記第２抵抗体の数のうち少なくとも一方が３つ以上である圧力センサ。
  2. 　前記ホイートストンブリッジを構成する前記第１抵抗体の数が３つ以上であり、
    　前記ホイートストンブリッジにおいて前記第１抵抗体または前記第２抵抗体が配置される４つの辺のうちの１つである第１辺は、２つ以上の前記第１抵抗体で構成される請求項１に記載の圧力センサ。
  3. 　前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の１つと、前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の他の１つとの距離は、前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の１つと、前記ホイートストンブリッジにおける前記第１辺とは異なる第２辺を構成する前記第１抵抗体の少なくとも１つとの距離以上である請求項２に記載の圧力センサ。
  4. 　前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の１つは、前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の他の１つに対して、直列接続されている請求項２または請求項３に記載の圧力センサ。
  5. 　前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の１つは、前記第１辺を構成する前記第１抵抗体の他の１つに対して、並列接続されている請求項２または請求項３に記載の圧力センサ。
  6. 　前記ホイートストンブリッジを構成する前記第２抵抗体の数が３つ以上であり、
    　前記ホイートストンブリッジにおいて前記第１抵抗体または前記第２抵抗体が配置される４つの辺のうちの１つである第３辺は、２つ以上の前記第２抵抗体で構成される請求項１から５までのいずれかに記載の圧力センサ。
  7. 　前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の１つと、前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の他の１つとの距離は、前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の１つと、前記ホイートストンブリッジにおける前記第３辺とは異なる第４辺を構成する前記第２抵抗体の少なくとも１つとの距離以上である請求項６に記載の圧力センサ。
  8. 　前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の１つは、前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の他の１つに対して、直列接続されている請求項６または請求項７に記載の圧力センサ。
  9. 　前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の１つは、前記第３辺を構成する前記第２抵抗体の他の１つに対して、並列接続されている請求項６または請求項７に記載の圧力センサ。
  10. 　前記第１抵抗体および前記第２抵抗体の少なくとも１つの一方の端部と他方の端部に電気的に接続する少なくとも一対の接続部を有しており、
    　前記接続部は、前記第１抵抗体および前記第２抵抗体の少なくとも１つが、前記ホイートストンブリッジを構成する状態と、前記ホイートストンブリッジを構成しない状態とに、接続を変更可能である請求項１から請求項９までのいずれかに記載の圧力センサ。
  11. 　前記接続部の接続の変更を制御する制御部を有する請求項１０に記載の圧力センサ。
  12. 　前記第１円周上に配置されるすべての前記第１抵抗体は、略等間隔に配置されており、
    　前記第２円周上に配置されるすべての前記第２抵抗体は、略等間隔に配置されている請求項１から請求項１１までのいずれかに記載の圧力センサ。
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