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Title:
DUAL PRESSURE SENSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/014134
Kind Code:
A1
Abstract:
A dual pressure sensor (1) using a reduced number of parts to simplify its structure and having increased easiness of assembly and improved air tightness. The dual pressure sensor (1) has an airtight container (2), two pressure sensor units (3A, 3B) received in the airtight container (2) so as to be in intimate contact with each other, a substrate (4), etc. The pressure sensor units (3A, 3B) has two bases (15A, 15B), two pressure sensing diaphragm chips (16A, 16B), and an output correction circuit (17A). The pressure sensing diaphragm chips (16A, 16B) are secured to the bases (15A, 15B), respectively. The bases (15A, 15B) are constructed respectively from base bodies (15A-1, 15B-1) having communication paths (21a, 21b) formed inside them and also respectively from pressure introduction sections (15A-2, 15B-2) integral with and projecting from the base bodies (15A-1, 15B-1). The pressure introduction sections (15A-2, 15B-2) respectively project outward from insertion holes (11a, 11b) formed in the airtight container (2).

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Inventors:
OHTANI, Hideo (2-7-3 Marunouch, Chiyoda-ku Tokyo 19, 1006419, JP)
大谷 秀雄 (〒19 東京都千代田区丸の内2丁目7番3号 株式会社 山武内 Tokyo, 1006419, JP)
Application Number:
JP2008/063161
Publication Date:
January 29, 2009
Filing Date:
July 23, 2008
Export Citation:
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Assignee:
YAMATAKE CORPORATION (2-7-3, Marunouchi Chiyoda-ku Tokyo, 19, 1006419, JP)
株式会社 山武 (〒19 東京都千代田区丸の内2丁目7番3号 Tokyo, 1006419, JP)
OHTANI, Hideo (2-7-3 Marunouch, Chiyoda-ku Tokyo 19, 1006419, JP)
International Classes:
G01L15/00
Foreign References:
JPS5358279A
JPH0534229A
JPH09133599A
JP2006071628A
Attorney, Agent or Firm:
YAMAKAWA, Masaki et al. (8th Floor Shuwa-Tameike Building, 4-2, Nagatacho 2-chom, Chiyoda-ku Tokyo 14, 1000014, JP)
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Claims:
 2つの挿通孔を有し内部が圧力基準室を形成する気密容器と、
 前記圧力基準室内に並設され2つの被測定圧力を検出する2つの圧力センサユニットとを備え、
 前記2つの圧力センサユニットは、それぞれ台座と、前記被測定圧力がそれぞれ印加されることによりダイヤフラムの変位を電気信号に変換し前記被測定圧力をそれぞれ検出する感圧ダイヤフラムチップとからなり、
 前記各圧力センサユニットの台座は、それぞれ小孔を有するとともに内部がそれぞれ連通路を形成し、前記感圧ダイヤフラムチップが前記小孔をそれぞれ塞ぐように固着された台座本体と、これらの台座本体に一体に突設され前記連通孔に連通する圧力導入孔をそれぞれ有し、一端が前記挿通孔から前記気密容器の外部にそれぞれ突出し、前記連通路を介して各被測定圧力を前記各感圧ダイヤフラムチップのダイヤフラムにそれぞれ導く圧力導入部とからなることを特徴とするディアル圧力センサ。
Description:
デュアル圧力センサ

 本発明は、2つの被測定圧力を2つのセン ユニットによって検出するデュアル圧力セ サに関するものである。

 2点間の被測定圧力を測定するデュアル圧 力センサとしては、例えば特開平5-52691号公 に開示されている「半導体圧力センサ」が られている。この半導体圧力センサは、2つ 被測定圧力をそれぞれ感圧ダイヤフラムチ プによって個別に検出した後、これらの検 圧力を減算することにより流体の差圧を測 するようにしている。このため、この半導 圧力センサは、2つの感圧ダイヤフラムチッ プに加えて、これらのチップを気密に封止す る気密容器と、この気密容器内に配設され各 感圧ダイヤフラムチップが共通に設置される 1つの台座とを備えている。気密容器の内部 、2つの感圧ダイヤフラムチップに対して共 の圧力基準室を形成している。各感圧ダイ フラムチップの出力は、端子によって気密 器から外部に取り出される。台座には、被 定圧力を各感圧ダイヤフラムチップに導く2 本の導圧管が設けられている。

 しかしながら、前述した特許文献1に記載 されている半導体圧力センサは、被測定流体 を導く2本の導圧管と、各測定圧力を測定す 2つの感圧ダイヤフラムチップと、各感圧ダ ヤフラムチップが搭載された1つの台座と、 各感圧ダイヤフラムチップにワイヤボンディ ングによって電気的に接続された2本の端子 多くの部材から構成されている。このため 部品点数が多いために組立作業に長時間を し、センサの組立作業性が低いという問題 あった。

 また、特に2つの感圧ダイヤフラムチップ は、1つの台座に共通に設けられているので いずれか一方の感圧ダイヤフラムチップが らかの原因で破損した場合、2つのチップを 座毎、言い換えればセンサ全体を新しいも と交換しなければならない。このことは、 常な感圧ダイヤフラムチップを廃棄するこ を意味し不経済である。また、2本の導圧管 は別個に製作され、気密容器の蓋部に貫通し て取付けられているため、気密性の高い取付 けが要求されるという問題もあった。

 本発明は上記した従来の問題を解決する めになされたものであり、その目的とする ころは、部品点数を削減して簡素化すると もに組立作業性、気密性を向上させるよう したデュアル圧力センサを提供することに る。

 上記目的を達成するために本発明に係る ィアル圧力センサは、2つの挿通孔を有し内 部が圧力基準室を形成する気密容器と、前記 圧力基準室内に並設され2つの被測定圧力を 出する2つの圧力センサユニットとを備え、 記2つの圧力センサユニットは、それぞれ台 座と、前記被測定圧力がそれぞれ印加される ことによりダイヤフラムの変位を電気信号に 変換し前記被測定圧力をそれぞれ検出する感 圧ダイヤフラムチップとからなり、前記各圧 力センサユニットの台座は、それぞれ小孔を 有するとともに内部がそれぞれ連通路を形成 し、前記感圧ダイヤフラムチップが前記小孔 をそれぞれ塞ぐように固着された台座本体と 、これらの台座本体に一体に突設され前記連 通孔に連通する圧力導入孔をそれぞれ有し、 一端が前記挿通孔から前記気密容器の外部に それぞれ突出し、前記連通路を介して各被測 定圧力を前記各感圧ダイヤフラムチップのダ イヤフラムにそれぞれ導く圧力導入部とから なるものである。

 本発明においては、圧力導入部を台座に一 に設けているので、部品点数を削減でき、 ンサの簡素化を可能にするとともにセンサ 組立作業が容易で組立作業性を向上させる とができる。また、圧力導入部は、気密容 に固着する必要がなく、挿通孔にシール部 を介して挿通するだけでよいので、圧力導 部と挿通孔との間のシール構造も簡単で組 てでき、生産性を向上させることができる
 また、2つの圧力センサユニットは個々に独 立しているため、いずれか一方の圧力センサ ユニットが故障した場合、その圧力センサユ ニットのみを新しい圧力センサユニットと交 換するだけでよく、デュアル圧力センサ全体 を新しいものと交換する必要がない。

図1Aは、本発明に係るデュアル圧力セ サの正面図である。 図1Bは、本発明に係るデュアル圧力セ サの平面図である。 図1Cは、本発明に係るデュアル圧力セ サの側面図である。 図2は、図1BのII-II線断面図である。 図3は図2のIII -III 線断面図である。 図4は本発明に係るデュアル圧力センサ を備えた流量制御弁の一例を示す断面図であ る。

 以下、本発明を図面に示す実施例に基づい 詳細に説明する。
 図1A~図1C、図2および図3において、デュアル 圧力センサ1は、気密容器2と、この気密容器2 内に収納された2つの圧力センサユニット3A、 3Bと、基板4等を備えている。

 気密容器2は、合成樹脂等によって形成さ れ上方が開放する有底箱型のケース7と、同 く合成樹脂等によって形成され、ケース7の 方開口部を気密に覆う蓋体8とで構成されて いる。気密容器2の内部は、2つの圧力センサ ニット3A、3Bに対して共通の圧力基準室9を 成している。ケース7は、底板7aと、この底 7aの各辺に沿って一体に立設された4つの側 7b~7eとによって直交する2辺の長さの比が略2 1の上方が開放する矩形箱型に形成されてい る。ケース7の内部には、2つの圧力センサユ ット3A、3Bが互いに密接して並設されている 。ケース7の内面の各隅角部と、対向する長 側の側板7d、7eの内面の長手方向中央部には 各圧力センサユニット3A、3Bを位置決めし移 動を防止する三角柱状の位置決め用突出部10 それぞれ一体に設けられている。底板7aに 、2つの挿通孔11a、11bが各圧力センサユニッ 3A、3Bに対応して形成されている。

 蓋体8は、下面に浅い凹陥部12を有する平 状に形成されており、ケース7の上面に図示 を省略したシール部材を介してねじ止め固定 することにより、ケース7の上面開口部を気 に密封している。蓋体8の中央には、外部信 線13を外部に導出するための挿通孔8aが形成 されている。また、蓋体8の上面中央には、 通孔8aを気密に閉塞し外部信号線13の一端が 続されるコネクタ部14が取付けられている

 圧力センサユニット3Aは、台座15Aと、感 ダイヤフラムチップ16Aと、出力補正回路17A で構成されている。

 台座15Aは、合成樹脂によって一体に形成す ことにより、台座本体15A-1と、この台座本 15A-1の下面中央に一体に突設された圧力導入 部15A-2とで構成されている。台座本体15A-1は ケース7の内部形状の半分の大きさと略一致 る平面視正方形の薄箱型に形成されている ケース7の内部は、連通路21aを形成している 。ケース7の上面には、感圧ダイヤフラムチ プ16Aに被測定圧力P 1  を導くための小孔22aが形成されている。台 本体15A-1の四隅部は、位置決め用突出部10の 側面に密接するように45°の角度で斜めに切 落とされている。台座本体15A-1は、大きく形 成され、連通路21aの容積を大きくしている。 連通路21aの容積を大きくした理由は、被測定 圧力P 1  の急激な変動を吸収し急激な圧力変動によ ダイヤフラムチップ16Aのダイヤフラムの破 を防止するためである。

 圧力導入部15A-2は、円筒状に形成され、下 部がケース7の小孔11aからケース外部に突出 ている。圧力導入部15A-2の内部は、被測定 力P 1  を台座本体15A-1の連通路21aおよび小孔22aを して感圧ダイヤフラムチップ16Aに導く圧力 入孔23aを形成している。

 感圧ダイヤフラムチップ16Aとしては、半導 圧力センサが用いられる。このため、この 圧ダイヤフラムチップ16Aは、薄肉の感圧部( ダイヤフラム)が形成された半導体基板(シリ ン)と、この半導体基板に不純物もしくはイ オンの打ち込み技術によって形成されダイヤ フラムの被測定圧力P 1  による歪みをピエゾ抵抗効果を利用して検 し電気信号に変換する拡散型歪みゲージと 備えている。このような感圧ダイヤフラム ップ16Aは、例えば、特開平06-213743号公報等 より公知のものである。感圧ダイヤフラム ップ16Aは、台座本体15A-1の上面に固着され 小孔22aから被測定圧力P 1  がダイヤフラムの一方の面に印加される。 イヤフラムの他方の面には、気密容器2内の 圧力が基準圧力として印加される。そして、 感圧ダイヤフラムチップ16Aは、基板4の電気 路にボンディングワイヤ25aを介して電気的 接続されている。

 出力補正回路17Aは、図示を省略した測温抵 素子を有し、この測温抵抗素子の抵抗値の 化に基づいて感圧ダイヤフラムチップ16Aに って検出された被測定圧力P 1  を補正するための回路である。この回路17A 、台座本体15A-1の上面に固着され、感圧ダ ヤフラムチップ16Aにボンディングワイヤ26a 介して電気的に接続されている。

 圧力センサユニット3Bは、圧力センサユ ット3Aと同一構造に形成されているため、同 一構成部材、部分についてはその数字の添え 字「A」、「a」、「-1」を「B」、「b」、「-2 にそれぞれ置き換えて示し、その説明を省 する。

 このような圧力センサユニット3Aと3Bは、 ケース7内に互いに密接して並設されている とにより、図3に示すように台座15Aと15Bの台 本体15A-1、15B-1がケース内面と位置決め用突 出部10とによって位置決めされている。この め、台座本体15A-1、15B-1の互いに対向する側 面20aどうしが接触し、残り3つの側面20b~20dが ース7の内面にそれぞれ接触している。また 、台座本体15A-1、15B-1の底面は、底板7aの内面 に接触している。そして、各台座15A、15Bの圧 力導入部15A-2、15B-2は、底板7aの挿通孔11a、11b からケース7の下方にOリングを介して突出さ 、導圧管24A、24Bにそれぞれ接続されている このように、2つの台座本体15A-1、15B-1の側 20aどうしを互いに接触させておくと、2つの 座15A、15Bの温度を等しくすることができる なお、各圧力センサユニット3A、3Bは、ケー ス7内に収納して止めねじによって固定され いる。

 基板4は、ボンディングワイヤ25a、25bがボ ンディングされた後、圧力センサユニット3A 3Bとともにケース7内に収容して複数個の止 ねじによって位置決め用突出部10に固定さ 、リード線28が蓋体8のコネクタ部14に接続さ れる。

 このようなデュアル圧力センサ1は、図4 示すように流量制御弁100と組合わせて使用 れることにより、弁本体101内を流れる流体10 2の流量測定に用いられる。

 流量制御弁100の流路103内を流れる流体102 流量Qは、次式(1)によって算出することがで きる。式(1)中のAは定数、Cvは弁体の開度で決 まる流量係数、δPは流体の上流側と下流側の 圧力差である。

 Q=A・Cv・√δP  ・・・・(1)

 一般に、流量制御弁100は、弁体104の開度 応じて絞り効果が変わるために、固定オリ ィスを用いた差圧式流量計測に比べて幅広 流量の測定が可能になる。また、流量制御 部の配管圧力が判るため、流量を測定する に圧力異常などの診断にもその情報を利用 ることができる。

 デュアル圧力センサ1を流量制御弁100に取付 けると、一方の圧力センサユニット3Aの台座1 5Aの圧力導入部15A-2は、流量制御弁100に上流 の流路50および導圧管24Aを介して接続され、 これにより弁体104より上流側の被測定圧力P 1  が感圧ダイヤフラムチップ16Aのダイヤフラ に印加される。他方の圧力センサユニット3 Bの台座15Bの圧力導入部15B-2は、流量制御弁100 に下流側の流路51および導圧管24Bを介して接 され、これにより弁体104より下流側の被測 圧力P 2  が感圧ダイヤフラムチップ16Bのダイヤフラ に印加される。このため、各感圧ダイヤフ ムチップ16A、16Bのダイヤフラムは、印加さ た圧力P 1  、P 2  に応じて歪み、この歪みにより拡散型歪み ージの出力電圧が変化することで、圧力P 1  、P 2  が測定される。この場合、ダイヤフラムに 気密容器2内の圧力が基準圧力として印加さ れているので、各感圧ダイヤフラムチップ16A 、16Bの出力電圧は、それぞれ被測定圧力P 1  、P 2  に相当する絶対圧の出力電圧となる。そし 、各感圧ダイヤフラムチップ16A、16Bの出力 圧は、出力補正回路17A、17Bに送られる。出 補正回路17A、17Bは、それぞれの回路内の測 抵抗素子の抵抗値に基づいて温度補償した 、出力補正されたそれぞれの被測定圧力P 1  、P 2  を外部信号線13を介して流量算出手段61に送 る。そして、流量算出手段61は、受信した出 補正されたそれぞれの被測定圧力P 1  、P 2  から差圧δP(P 1 -P 2 )を算出し、この差圧δPを上記式1に代入して 算処理することにより、流量制御弁100を流 る流体102の流量Qが測定される。なお、図4 おいて、60は弁体104の開度を検出する弁開度 検出手段、62は弁軸、63は上流側シートリン 、64は上流側リテーナ、65は下流側シートリ グ、66は下流側リテーナである。

 このような構造からなるデュアル圧力セ サ1は、各台座15A、15Bに圧力導入部15A-2、15B- 2をそれぞれ一体に突設しているので、部品 数を削減することができる。また、前述し 特開平5-52691号公報に記載されている圧力セ サのように圧力導入部15A-2、15B-2を別部材に よって製作した場合は、ケース7の下面に位 決めして気密に固定する必要があるが、本 明のデュアル圧力センサ1は挿通孔11a、11bにO リング等のシール部材を介して圧力導入部15A -2、15B-2を挿通するだけでよいため、圧力導 部15A-2、15B-2の取付作業が容易で、センサの 立性を向上させることができる。

 また、本発明のデュアル圧力センサ1は、 個々独立した2つの圧力センサユニット3A、3B 備えているので、いずれか一方が故障した 合、その故障したセンサユニットのみを新 いものと交換するだけで、センサ全体を交 する必要がなく、経済的である。