JP2000356562A - 圧力トランスジューサ - Google Patents
圧力トランスジューサInfo
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Classifications
-
- 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
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- G01L9/0075—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a ceramic diaphragm, e.g. alumina, fused quartz, glass
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 出力誤差の小さい流体圧力トランスジューサ
を提供する。 【解決手段】圧力トランスジューサ１０は容量性圧力セ
ンサ素子１２を含み、センサ素子は堅い基板１６と薄く
て比較的柔軟なダイアフラム１４とを含む。ダイアフラ
ムと基板の対向面に導電性被覆が施され、キャパシタ電
極を形成する。センサ素子を収納しているハウジング２
８は流体入り口２８ａと流体収納チャンバ２８ｅとを有
する。チャンバ内の流体の圧力が変化すると、ダイアグ
ラムが曲がり、それに伴ってキャパシタ電極間の隙間が
変化することにより静電容量が変化する。導電性で、物
理的に従順な環状ガスケット３０がダイアフラムとハウ
ジングの底面部２８ｃとの間に設けられていて、ダイア
フラム上の導電層とハウジング間に導電路を形成すると
共に、流体チャンバの流体封止をも形成している。
を提供する。 【解決手段】圧力トランスジューサ１０は容量性圧力セ
ンサ素子１２を含み、センサ素子は堅い基板１６と薄く
て比較的柔軟なダイアフラム１４とを含む。ダイアフラ
ムと基板の対向面に導電性被覆が施され、キャパシタ電
極を形成する。センサ素子を収納しているハウジング２
８は流体入り口２８ａと流体収納チャンバ２８ｅとを有
する。チャンバ内の流体の圧力が変化すると、ダイアグ
ラムが曲がり、それに伴ってキャパシタ電極間の隙間が
変化することにより静電容量が変化する。導電性で、物
理的に従順な環状ガスケット３０がダイアフラムとハウ
ジングの底面部２８ｃとの間に設けられていて、ダイア
フラム上の導電層とハウジング間に導電路を形成すると
共に、流体チャンバの流体封止をも形成している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に流体の圧力セ
ンサに関するものであり、特に出力誤差の小さい容量性
圧力トランスジューサに関するものである。
ンサに関するものであり、特に出力誤差の小さい容量性
圧力トランスジューサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】米国特許第４，７１６，４９２号に開示
されているような従来の圧力センサは、薄くて比較的柔
軟なセラミック・ダイアフラムを有する容量性圧力セン
サ素子を含み、ダイアフラムは堅いセラミック基板の上
に狭い隙間をもって封止されて配置されている。上記特
許の主題は引用によりここに含まれる。ダイアフラムと
基板のそれぞれの対向面に金属被覆が施され、ソース・
検出キャパシタ電極として働く。これらはあらかじめ定
められた狭い間隙をもって配置され、キャパシタを形成
している。導電性トレースがキャパシタ電極から基板を
通って形成された穴の中に収納されているピンへと伸び
ている。基板はキャパシタ電極とダイアフラムと基板の
外側周囲との間に配置されていて、両電極はトランスジ
ューサに取り付けられている電子調整モジュールに接続
されている。圧力に感応してダイアフラムが曲がると、
ソース・検出電極が近寄るように動き、それによって両
電極間の静電容量が増え、それが電子調整モジュールに
より測定される。導電性材料から成る環状ガードリング
が検出電極付近の基板に印刷されていて、検出電極と同
電位に保たれる。このリングは検出電極の端部における
ソース電極と検出電極間の電界を弱めるガードとして働
く。これらのフリンジ電界は非線形の圧力トランスジュ
ーサ出力を生じさせるので、望ましくない。電子調整モ
ジュールはソース電極と検出電極間の静電容量だけを測
定するように設計されているので、ソース電極とガード
間、検出電極とガード間、またはソース電極か検出電極
のいずれかとセンサのハウジング間の静電容量には感じ
ない。
されているような従来の圧力センサは、薄くて比較的柔
軟なセラミック・ダイアフラムを有する容量性圧力セン
サ素子を含み、ダイアフラムは堅いセラミック基板の上
に狭い隙間をもって封止されて配置されている。上記特
許の主題は引用によりここに含まれる。ダイアフラムと
基板のそれぞれの対向面に金属被覆が施され、ソース・
検出キャパシタ電極として働く。これらはあらかじめ定
められた狭い間隙をもって配置され、キャパシタを形成
している。導電性トレースがキャパシタ電極から基板を
通って形成された穴の中に収納されているピンへと伸び
ている。基板はキャパシタ電極とダイアフラムと基板の
外側周囲との間に配置されていて、両電極はトランスジ
ューサに取り付けられている電子調整モジュールに接続
されている。圧力に感応してダイアフラムが曲がると、
ソース・検出電極が近寄るように動き、それによって両
電極間の静電容量が増え、それが電子調整モジュールに
より測定される。導電性材料から成る環状ガードリング
が検出電極付近の基板に印刷されていて、検出電極と同
電位に保たれる。このリングは検出電極の端部における
ソース電極と検出電極間の電界を弱めるガードとして働
く。これらのフリンジ電界は非線形の圧力トランスジュ
ーサ出力を生じさせるので、望ましくない。電子調整モ
ジュールはソース電極と検出電極間の静電容量だけを測
定するように設計されているので、ソース電極とガード
間、検出電極とガード間、またはソース電極か検出電極
のいずれかとセンサのハウジング間の静電容量には感じ
ない。
【０００３】有極性または導電性の流体と一緒に使う
と、トランスジューサの出力がフルスパンの１％以上も
変わることがあることがわかった。圧力トランスジュー
サは水のように有極性または導電性の流体を含む多くの
流体の圧力を監視するのに使われるという事実に鑑み
て、この誤差は望ましくない。
と、トランスジューサの出力がフルスパンの１％以上も
変わることがあることがわかった。圧力トランスジュー
サは水のように有極性または導電性の流体を含む多くの
流体の圧力を監視するのに使われるという事実に鑑み
て、この誤差は望ましくない。
【０００４】提案された一つの解決方法は、ダイアフラ
ムの上に薄い別の金属シールドを設けることである。こ
れは黄銅ウールまたは類似の導電性材料を介してトラン
スジューサのハウジングに接続される。ダイアフラムを
被ってハウジングに接続されている導電性シールドは、
トランスジューサ全体のガードとして作用するであろ
う、すなわち、電界が導電性シールドを介して通過する
ので、シールドと面している側の材料に影響されないで
あろう。しかし、この方法はいくつかの理由で不満足で
ある。たとえば、流体を劣化させたり汚したりするウー
ル片の可能性、従順なウールからの圧力がトランスジュ
ーサ出力に及ぼす影響、金属シールドの耐久性と各種の
実際の流体との適合性の問題、金属シールドに起因する
履歴の可能性、およびシールドとハウジング間の電気的
接触の長期間耐久性の問題が含まれる。
ムの上に薄い別の金属シールドを設けることである。こ
れは黄銅ウールまたは類似の導電性材料を介してトラン
スジューサのハウジングに接続される。ダイアフラムを
被ってハウジングに接続されている導電性シールドは、
トランスジューサ全体のガードとして作用するであろ
う、すなわち、電界が導電性シールドを介して通過する
ので、シールドと面している側の材料に影響されないで
あろう。しかし、この方法はいくつかの理由で不満足で
ある。たとえば、流体を劣化させたり汚したりするウー
ル片の可能性、従順なウールからの圧力がトランスジュ
ーサ出力に及ぼす影響、金属シールドの耐久性と各種の
実際の流体との適合性の問題、金属シールドに起因する
履歴の可能性、およびシールドとハウジング間の電気的
接触の長期間耐久性の問題が含まれる。
【０００５】提案された別の解決方法は、ダイアフラム
の表面の上に印刷する金属シールドの材料をたとえば、
導電性キャパシタ電極とトレースに使われているのと同
じくする、例えば金にすることである。印刷シールドは
ワッシャと波ばねのような従順な機構を使って金属のハ
ウジングに接続されるであろう。しかしこの方法は付加
部品を必要とするのでセンサのコストが増えるという問
題を含むと共に、流体封止として使われている隣のオー
リングをかんで痛めるという問題を伴う。
の表面の上に印刷する金属シールドの材料をたとえば、
導電性キャパシタ電極とトレースに使われているのと同
じくする、例えば金にすることである。印刷シールドは
ワッシャと波ばねのような従順な機構を使って金属のハ
ウジングに接続されるであろう。しかしこの方法は付加
部品を必要とするのでセンサのコストが増えるという問
題を含むと共に、流体封止として使われている隣のオー
リングをかんで痛めるという問題を伴う。
【０００６】本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願
係属中のＳＮ ０９／０６７，１６２には、改良された
ガードプレート構造が開示されている。有極性または導
電性の流体が存在するせいで圧力トランスジューサの出
力誤差が生ずるのを防止するために、ソース電極、ソー
ストレース、およびダイアフラム上のソースピン穴とを
囲むソースガードプレートと、検出電極、検出トレース
および基板上の検出ピン穴とを囲む検出ガードプレート
とを含む。この方法は多くの応用で効果的であるが、あ
る応用では、特に圧力が低くてダイアフラムが比較的薄
い場合、出力誤差は依然として望むよりも大きくなる。
係属中のＳＮ ０９／０６７，１６２には、改良された
ガードプレート構造が開示されている。有極性または導
電性の流体が存在するせいで圧力トランスジューサの出
力誤差が生ずるのを防止するために、ソース電極、ソー
ストレース、およびダイアフラム上のソースピン穴とを
囲むソースガードプレートと、検出電極、検出トレース
および基板上の検出ピン穴とを囲む検出ガードプレート
とを含む。この方法は多くの応用で効果的であるが、あ
る応用では、特に圧力が低くてダイアフラムが比較的薄
い場合、出力誤差は依然として望むよりも大きくなる。
【０００７】更に他の解決方法は、前述のようにダイア
フラムの表面の上に導電性シールド、例えば金の層を設
けるものであるが、導電性ワイヤを採用している。導電
性ワイヤはダイアフラムに接着され、フレキシブル回路
上のアーストレースに接続されている。フレキシブル回
路は電子調整モジュールを搭載していて、ハウジング内
にある。フレキシブル回路のアーストレースはハウジン
グに接続されている。この方法はどんな厚さのダイアフ
ラムに対してもハウジングを介してアースに至る寄生結
合電界ラインを短くするのに効果があるが、各ユニット
を作るのにコストのかかる手作業を必要とすると共に、
作業中に損傷する危険性を伴うので、大量生産に向かな
い。センサのコストにあまり影響せずに出力誤差を最小
にする、またはなくしたセンサを提供することが望まし
い。
フラムの表面の上に導電性シールド、例えば金の層を設
けるものであるが、導電性ワイヤを採用している。導電
性ワイヤはダイアフラムに接着され、フレキシブル回路
上のアーストレースに接続されている。フレキシブル回
路は電子調整モジュールを搭載していて、ハウジング内
にある。フレキシブル回路のアーストレースはハウジン
グに接続されている。この方法はどんな厚さのダイアフ
ラムに対してもハウジングを介してアースに至る寄生結
合電界ラインを短くするのに効果があるが、各ユニット
を作るのにコストのかかる手作業を必要とすると共に、
作業中に損傷する危険性を伴うので、大量生産に向かな
い。センサのコストにあまり影響せずに出力誤差を最小
にする、またはなくしたセンサを提供することが望まし
い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
の制限を受けることなく有極性または導電性の流体と共
に使ったとき、改良された誤差のない出力が得られる容
量性流体圧力トランスジューサを提供することである。
本発明の他の目的は、有極性または導電性の流体と共に
使ったとき、改良された誤差のない出力を有する容量性
流体圧力トランスジューサを、信頼できて比較的低コス
トで経済的に製造することである。
の制限を受けることなく有極性または導電性の流体と共
に使ったとき、改良された誤差のない出力が得られる容
量性流体圧力トランスジューサを提供することである。
本発明の他の目的は、有極性または導電性の流体と共に
使ったとき、改良された誤差のない出力を有する容量性
流体圧力トランスジューサを、信頼できて比較的低コス
トで経済的に製造することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】簡潔に説明すると、本発
明の新規で改良された圧力トランスジューサは可変の容
量性圧力センサ素子を含む。センサ素子は外側面を有す
る堅いセラミック基板と、薄くて比較的柔軟なセラミッ
ク・ダイアフラムとを含む。ダイアフラムは相互に間隙
をもって向かい合って並んでいる外側面を有する。対向
する両外側面に金属被覆が施してあって、キャパシタ電
極を形成する。センサ素子は金属のハウジング内に装着
されている。ハウジングは流体入り口と流体収納チャン
バとを有し、ダイアフラムが流体チャンバに露出してい
る。チャンバ内の流体の圧力が変化すると、ダイアグラ
ムが曲がり、それに伴ってキャパシタ電極間の隙間が変
化する。流体チャンバに露出しているダイアフラムの外
側面は金のような導電性層で被覆してある。導電性で物
理的に従順な環状ガスケットが、ダイアフラムと流体チ
ャンバを定めているハウジングの底面部との間に設けら
れている。これは底面部と側壁とに対して圧縮されて、
ダイアフラム上の導電層とハウジング間に導電路を形成
すると共に、流体チャンバの流体封止をも形成してい
る。たとえば５０ｐｓｉ（３５，１５４ｋｇ／ｍ2）よ
り大きい比較的高い圧力の場合、および検出される流体
が導電性ガスケットの材料と適合しない場合、流体封止
として働く適当な材料で作った内側オーリングが、環状
ガスケットの内側に設けられる。たとえば５０ｐｓｉ
（３５，１５４ｋｇ／ｍ2）より小さい比較的低い圧力
の場合、オーリングを追加することなく、導電性ガスケ
ットが流体封止としても働くことができる。
明の新規で改良された圧力トランスジューサは可変の容
量性圧力センサ素子を含む。センサ素子は外側面を有す
る堅いセラミック基板と、薄くて比較的柔軟なセラミッ
ク・ダイアフラムとを含む。ダイアフラムは相互に間隙
をもって向かい合って並んでいる外側面を有する。対向
する両外側面に金属被覆が施してあって、キャパシタ電
極を形成する。センサ素子は金属のハウジング内に装着
されている。ハウジングは流体入り口と流体収納チャン
バとを有し、ダイアフラムが流体チャンバに露出してい
る。チャンバ内の流体の圧力が変化すると、ダイアグラ
ムが曲がり、それに伴ってキャパシタ電極間の隙間が変
化する。流体チャンバに露出しているダイアフラムの外
側面は金のような導電性層で被覆してある。導電性で物
理的に従順な環状ガスケットが、ダイアフラムと流体チ
ャンバを定めているハウジングの底面部との間に設けら
れている。これは底面部と側壁とに対して圧縮されて、
ダイアフラム上の導電層とハウジング間に導電路を形成
すると共に、流体チャンバの流体封止をも形成してい
る。たとえば５０ｐｓｉ（３５，１５４ｋｇ／ｍ2）よ
り大きい比較的高い圧力の場合、および検出される流体
が導電性ガスケットの材料と適合しない場合、流体封止
として働く適当な材料で作った内側オーリングが、環状
ガスケットの内側に設けられる。たとえば５０ｐｓｉ
（３５，１５４ｋｇ／ｍ2）より小さい比較的低い圧力
の場合、オーリングを追加することなく、導電性ガスケ
ットが流体封止としても働くことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に本発明について、図面を参照
して説明する。例示のために図中のある部分の寸法は誇
張して描かれていることがある。図を参照すると、符号
１０は流体圧力に感応する容量性センサ素子１２を含む
本発明の新規な圧力センサを示す。センサ素子１２は好
ましくは印加される流体圧力を受ける面１２ａと反対側
面１２ｂとを有する平たい円筒状ディスクのかたちをし
ている。好ましくは、センサ素子はアルミナなどのよう
なセラミック材料製の薄くて比較的柔軟なダイアフラム
１４が同様な材料で作られたセラミック基板１６の上に
配置された構造をしており、印加圧力の変化に応じて基
板に関して動くことができる環状のガラス封止材１８に
より両者間に狭い隙間が形成されている。金属被覆１２
ｃ、１２ｄ（図３）がダイアフラムと基板の対向する第
１の外側面１４ａ、１６ａにそれぞれ施してあり、それ
ぞれ狭い隙間をもって配置されたキャパシタ電極として
働く。両者は一方が他方の上に重なる関係にあって、印
加圧力とともに静電容量が変わるキャパシタを形成して
いる。基板内に形成され、基板と一緒に封止された穴を
通って、適当なピン端子（図示せず）が両キャパシタ電
極から伸びていて、ピンの末端部がトランスジューサの
面１２ｂの上に出ている。
して説明する。例示のために図中のある部分の寸法は誇
張して描かれていることがある。図を参照すると、符号
１０は流体圧力に感応する容量性センサ素子１２を含む
本発明の新規な圧力センサを示す。センサ素子１２は好
ましくは印加される流体圧力を受ける面１２ａと反対側
面１２ｂとを有する平たい円筒状ディスクのかたちをし
ている。好ましくは、センサ素子はアルミナなどのよう
なセラミック材料製の薄くて比較的柔軟なダイアフラム
１４が同様な材料で作られたセラミック基板１６の上に
配置された構造をしており、印加圧力の変化に応じて基
板に関して動くことができる環状のガラス封止材１８に
より両者間に狭い隙間が形成されている。金属被覆１２
ｃ、１２ｄ（図３）がダイアフラムと基板の対向する第
１の外側面１４ａ、１６ａにそれぞれ施してあり、それ
ぞれ狭い隙間をもって配置されたキャパシタ電極として
働く。両者は一方が他方の上に重なる関係にあって、印
加圧力とともに静電容量が変わるキャパシタを形成して
いる。基板内に形成され、基板と一緒に封止された穴を
通って、適当なピン端子（図示せず）が両キャパシタ電
極から伸びていて、ピンの末端部がトランスジューサの
面１２ｂの上に出ている。
【００１１】センサ１０はさらに強化ガラスポリマのよ
うな電気的絶縁材料から成るコネクタボディ２０を含
み、コネクタボディ２０はトランスジューサの面１２ｂ
の上に配置してあり、両者の間に回路チャンバ２０ａが
形成されている。好ましくは、コネクタボディは底部と
側壁２０ｂと側壁の周囲に伸びるフランジ２０ｃとを有
するカップのかたちをしていて、チャンバから底面部を
通って囲い部２０ｄへと伸びている複数個のコネクタ端
子２２、２４、２６を有する。コネクタボディの側壁２
０ｂの自由端部はトランスジューサの面１２ｂと面して
いて、回路チャンバ２０ａを形成している。ハウジング
２８はセンサ素子面１２ａを印加圧力に露出するための
ポート２８ａを有し、ポートは底面部２８ｃを通ってハ
ウジングの側壁２８ｂにより形成される空洞部と通じて
いる。トランスジューサ１２とコネクタボディ２０のフ
ランジ２０ｃとは空洞部の中に収納されていて、センサ
素子の表面１２ａが底面部２８ｃと隙間をもって保持さ
れ、物理的に従順な導電性のガスケット３０により流体
チャンバ２８ｅを形成している。例えば５０ｐｓｉ（３
５，１５４ｋｇ／ｍ2）より大きな高圧が加わる場合、
検出される流体が導電性ガスケット３０の材料と適合し
ない場合も同様に、ネオプレン（登録商標）のような適
当な材料から成るオーリング３２がガスケット３０の環
の中に設けられ、検出される流体がガスケット３０と接
触するのを防止する流体封止の役をする。コネクタボデ
ィとセンサ素子とを一緒に留めるために、ガスケット３
０とオーリング３２とに選択された力が加えられると、
側壁２８ｂの自由端部２８ｄはフランジ２０ｃの上で圧
縮などにより変形する。側壁２８ｂの自由端部２８ｄと
コネクタボディ２０と間の環状隙間に封止材３４を注入
して、外部に対する封止を形成してもよい。
うな電気的絶縁材料から成るコネクタボディ２０を含
み、コネクタボディ２０はトランスジューサの面１２ｂ
の上に配置してあり、両者の間に回路チャンバ２０ａが
形成されている。好ましくは、コネクタボディは底部と
側壁２０ｂと側壁の周囲に伸びるフランジ２０ｃとを有
するカップのかたちをしていて、チャンバから底面部を
通って囲い部２０ｄへと伸びている複数個のコネクタ端
子２２、２４、２６を有する。コネクタボディの側壁２
０ｂの自由端部はトランスジューサの面１２ｂと面して
いて、回路チャンバ２０ａを形成している。ハウジング
２８はセンサ素子面１２ａを印加圧力に露出するための
ポート２８ａを有し、ポートは底面部２８ｃを通ってハ
ウジングの側壁２８ｂにより形成される空洞部と通じて
いる。トランスジューサ１２とコネクタボディ２０のフ
ランジ２０ｃとは空洞部の中に収納されていて、センサ
素子の表面１２ａが底面部２８ｃと隙間をもって保持さ
れ、物理的に従順な導電性のガスケット３０により流体
チャンバ２８ｅを形成している。例えば５０ｐｓｉ（３
５，１５４ｋｇ／ｍ2）より大きな高圧が加わる場合、
検出される流体が導電性ガスケット３０の材料と適合し
ない場合も同様に、ネオプレン（登録商標）のような適
当な材料から成るオーリング３２がガスケット３０の環
の中に設けられ、検出される流体がガスケット３０と接
触するのを防止する流体封止の役をする。コネクタボデ
ィとセンサ素子とを一緒に留めるために、ガスケット３
０とオーリング３２とに選択された力が加えられると、
側壁２８ｂの自由端部２８ｄはフランジ２０ｃの上で圧
縮などにより変形する。側壁２８ｂの自由端部２８ｄと
コネクタボディ２０と間の環状隙間に封止材３４を注入
して、外部に対する封止を形成してもよい。
【００１２】センサ１０は更にチャンバ２０ａ内に配置
された電気回路３６を含む。電気回路３６はセンサ素子
とコネクタ端子とに電気的に接続されていて、米国特許
第４，８７５，１３５号に開示されているタイプの容量
性センサ素子に印可された圧力に対応した電気信号を供
給する。この主題はこの文献を引用することにより、本
文に含まれる。
された電気回路３６を含む。電気回路３６はセンサ素子
とコネクタ端子とに電気的に接続されていて、米国特許
第４，８７５，１３５号に開示されているタイプの容量
性センサ素子に印可された圧力に対応した電気信号を供
給する。この主題はこの文献を引用することにより、本
文に含まれる。
【００１３】図３を参照して、センサ素子１２のダイア
フラム１４には、印可された圧力を受ける面であるセン
サ素子１２の外側面、すなわちセンサ素子の表面１２ａ
の上に、導電性材料から成る被覆１４ｂが施されてい
る。前述したように、ガスケット３０はニッケル・カー
ボン粒子入りポリマのような物理的に従順な導電性の材
料から成り、約５５−８５ショアＡ（ｓｈｏｒｅ Ａ）
以内のデュロメータ値を有する。導電性ガスケット３０
用の好適な材料の例として、６５ショアＡの最大デュロ
メータ値を有するニッケル・カーボン粒子入りシリコー
ン、７５ショアＡの最大デュロメータ値を有するニッケ
ル・カーボン粒子入りフルオロシリコーン、８５ショア
Ａの最大デュロメータ値を有するニッケル・カーボン粒
子入りエチレン・プロピレンが挙げられる。導電性ガス
ケット３０用の材料は、検出する流体の種類及び検出す
る圧力範囲に基づいて選択される。低圧の場合、すなわ
ち約５０ｐｓｉ（３５，１５４ｋｇ／ｍ2）よりも低い
場合、ダイアフラムは特に薄くて、内側オーリングがあ
ると圧力をより感じやすいため、出力誤差を生じるであ
ろうから、導電性ガスケットを単独で使って、ハウジン
グへの所望の導電路と流体封止とを供給することができ
る。水または蒸気のように検出流体がエチレン・プロピ
レンと適合するような場合には、ニッケル・カーボン粒
子入りエチレン・プロピレンが効果的であることがわか
った。検出流体がグリコール、オイル及びガソリンのよ
うな場合、ニッケル・カーボン粒子入りフルオロカーボ
ンを使うことができる。検出圧力が約５０ｐｓｉ（３
５，１５４ｋｇ／ｍ2）よりも高い場合、たいていの検
出流体に不活性のネオプレンまたは他の材料から成るオ
ーリングの使用が好ましく、導電性ガスケット３０には
より安価な導電性材料であるニッケル・カーボン粒子入
りシリコーンを使用することができる。
フラム１４には、印可された圧力を受ける面であるセン
サ素子１２の外側面、すなわちセンサ素子の表面１２ａ
の上に、導電性材料から成る被覆１４ｂが施されてい
る。前述したように、ガスケット３０はニッケル・カー
ボン粒子入りポリマのような物理的に従順な導電性の材
料から成り、約５５−８５ショアＡ（ｓｈｏｒｅ Ａ）
以内のデュロメータ値を有する。導電性ガスケット３０
用の好適な材料の例として、６５ショアＡの最大デュロ
メータ値を有するニッケル・カーボン粒子入りシリコー
ン、７５ショアＡの最大デュロメータ値を有するニッケ
ル・カーボン粒子入りフルオロシリコーン、８５ショア
Ａの最大デュロメータ値を有するニッケル・カーボン粒
子入りエチレン・プロピレンが挙げられる。導電性ガス
ケット３０用の材料は、検出する流体の種類及び検出す
る圧力範囲に基づいて選択される。低圧の場合、すなわ
ち約５０ｐｓｉ（３５，１５４ｋｇ／ｍ2）よりも低い
場合、ダイアフラムは特に薄くて、内側オーリングがあ
ると圧力をより感じやすいため、出力誤差を生じるであ
ろうから、導電性ガスケットを単独で使って、ハウジン
グへの所望の導電路と流体封止とを供給することができ
る。水または蒸気のように検出流体がエチレン・プロピ
レンと適合するような場合には、ニッケル・カーボン粒
子入りエチレン・プロピレンが効果的であることがわか
った。検出流体がグリコール、オイル及びガソリンのよ
うな場合、ニッケル・カーボン粒子入りフルオロカーボ
ンを使うことができる。検出圧力が約５０ｐｓｉ（３
５，１５４ｋｇ／ｍ2）よりも高い場合、たいていの検
出流体に不活性のネオプレンまたは他の材料から成るオ
ーリングの使用が好ましく、導電性ガスケット３０には
より安価な導電性材料であるニッケル・カーボン粒子入
りシリコーンを使用することができる。
【００１４】特定の温度範囲下で金の被覆１４ｂとハウ
ジング２８間で効果的な電気的結合が確実に得られるよ
うにするために、ガスケット３０は少なくともその厚さ
の、すなわちトランスジューサ１２と底面部２８ｃ間の
縦の隙間に関して約１０％変形させられる。ハウジング
２８は黄銅のような適当な導電性材料で作られる。導電
性流体または有極性流体の圧力をトランスジューサが検
出することによって生じる寄生容量性結合は、金の被覆
１４ｂとグランドとして働くハウジング２８間の電気的
接続により効果的に短絡される。残りの容量性結合は一
定であり、製造中に校正により除去することができる。
ジング２８間で効果的な電気的結合が確実に得られるよ
うにするために、ガスケット３０は少なくともその厚さ
の、すなわちトランスジューサ１２と底面部２８ｃ間の
縦の隙間に関して約１０％変形させられる。ハウジング
２８は黄銅のような適当な導電性材料で作られる。導電
性流体または有極性流体の圧力をトランスジューサが検
出することによって生じる寄生容量性結合は、金の被覆
１４ｂとグランドとして働くハウジング２８間の電気的
接続により効果的に短絡される。残りの容量性結合は一
定であり、製造中に校正により除去することができる。
【００１５】本発明を要約すると、次のとおりである。
流体圧力センサ（１０）は薄くて比較的柔軟なセラミッ
ク・ダイアフラム（１４）を有する容量性圧力センサ素
子（１２）を含む。該ダイアフラムはハウジング（２
８）内に装着されたガラス環（１８）により堅いセラミ
ック基板（１６）と狭い隙間をもって配置されている。
ハウジング（２８）は流体用ポート（２８ａ）を有し、
流体の圧力はダイアフラム（１４）の外側面（１２ａ）
で受けることによって検出される。コネクタ（２０）と
基板の外側面（１２ｂ）との間に形成されたチャンバ
（２０ａ）の中に電子回路（３６）が搭載されている。
ダイアフラム（１４）上の導電層とハウジング（２８）
間に電気経路を作るために、導電性被覆（１４ｂ）がダ
イアフラム（１４）の外側面（１２ａ）に施され、環状
の導電性ガスケット（３０）がダイアフラムと流体の入
り口を囲むハウジングの底面部（２８ｃ）との間に設け
られている。検出される流体と適合するポリマ製のオー
リング（３２）が導電性ガスケットの環の内側に配置さ
れ、選択された応用における流体障壁として働く。他の
応用では、特に検出される流体の圧力が低い場合には、
オーリングが除かれて、導電性ガスケットが導電性部材
および流体封止との両方の働きをする。
流体圧力センサ（１０）は薄くて比較的柔軟なセラミッ
ク・ダイアフラム（１４）を有する容量性圧力センサ素
子（１２）を含む。該ダイアフラムはハウジング（２
８）内に装着されたガラス環（１８）により堅いセラミ
ック基板（１６）と狭い隙間をもって配置されている。
ハウジング（２８）は流体用ポート（２８ａ）を有し、
流体の圧力はダイアフラム（１４）の外側面（１２ａ）
で受けることによって検出される。コネクタ（２０）と
基板の外側面（１２ｂ）との間に形成されたチャンバ
（２０ａ）の中に電子回路（３６）が搭載されている。
ダイアフラム（１４）上の導電層とハウジング（２８）
間に電気経路を作るために、導電性被覆（１４ｂ）がダ
イアフラム（１４）の外側面（１２ａ）に施され、環状
の導電性ガスケット（３０）がダイアフラムと流体の入
り口を囲むハウジングの底面部（２８ｃ）との間に設け
られている。検出される流体と適合するポリマ製のオー
リング（３２）が導電性ガスケットの環の内側に配置さ
れ、選択された応用における流体障壁として働く。他の
応用では、特に検出される流体の圧力が低い場合には、
オーリングが除かれて、導電性ガスケットが導電性部材
および流体封止との両方の働きをする。
【００１６】
【発明の効果】導電性ガスケット３０を使った結果、本
質的に出力誤差が除去される改良された容量性圧力トラ
ンスジューサが得られる。本発明に従って作られたトラ
ンスジューサは組み立てるのが容易で、従来技術による
圧力トランスジューサと比べて余分な労力を全く必要と
しない。
質的に出力誤差が除去される改良された容量性圧力トラ
ンスジューサが得られる。本発明に従って作られたトラ
ンスジューサは組み立てるのが容易で、従来技術による
圧力トランスジューサと比べて余分な労力を全く必要と
しない。
【００１７】以上本発明を例示することにより本発明の
特定の実施例について説明したが、本発明は請求の範囲
に記載された範囲内にあるすべての修正例と均等物とを
含むものである。
特定の実施例について説明したが、本発明は請求の範囲
に記載された範囲内にあるすべての修正例と均等物とを
含むものである。
【図１】本発明に従って作られた容量性圧力トランスジ
ューサの平面図。
ューサの平面図。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図。
【図３】図２に示したトランスジューサ１２のうち一部
分を切り取って拡大した断面図。
分を切り取って拡大した断面図。
１０ 圧力センサ １２ センサ素子 １４ ダイアフラム １６ 基板 １８ ガラス封止材 ２０ コネクタボディ ２２，２４，２６ コネクタ端子 ２８ ハウジング ３０ ガスケット ３２ オーリング ３４ 封止 ３６ 電気回路
Claims (8)
- 【請求項１】 導電性材料から作られていて、底面部と
そこから解放端部へと伸びている側壁とを有し、それら
が空洞部を形成しているハウジングと、該空洞部内に収
納され、該底面部と面していて、その上に本質的にそれ
と一緒に伸びている導電性材料層を有する表側面の付い
たダイアフラムを有する容量性センサ素子と、物理的に
従順な導電性ポリマ材料から作られていて、該底面部と
該導電層の間に設けられ、環状周囲を形成している環状
ガスケットと、該環状ガスケットに選択された力を加え
るために締め付けられる該ハウジングの該側壁の自由端
部と、該環状周囲内にある該底面部を通って該ハウジン
グ内に形成されている流体入り口とを含み、それによっ
てある流体が該流体入り口を通って入ってきたことによ
り生じる寄生容量性結合が、該環状ガスケットを介して
該導電層から該ハウジングへと短絡されるようになって
いる、圧力トランスジューサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧力トランスジューサに
おいて、前記導電性材料の層は金である圧力トランスジ
ューサ。 - 【請求項３】 請求項１記載の圧力トランスジューサに
おいて、前記環状ガスケットは導電性粒子入りのエチレ
ン・プロピレンから作られている圧力トランスジュー
サ。 - 【請求項４】 請求項１記載の圧力トランスジューサに
おいて、前記環状ガスケットは導電性粒子入りのシリコ
ーンから作られている圧力トランスジューサ。 - 【請求項５】 請求項１記載の圧力トランスジューサに
おいて、前記環状ガスケットは導電性粒子入りのフルオ
ロシリコーンから作られている圧力トランスジューサ。 - 【請求項６】 請求項１記載の圧力トランスジューサに
おいて、前記環状ガスケットは約５５−８５ショアＡの
範囲にあるデュロメータ値を有する圧力トランスジュー
サ。 - 【請求項７】 請求項６記載の圧力トランスジューサに
おいて、前記環状ガスケットはある静止時厚さを有し、
前記環状ガスケットに加わる選択された力はその静止時
厚さの少なくとも約１０％前記ガスケットを圧縮するの
に十分である圧力トランスジューサ。 - 【請求項８】 請求項１記載の圧力トランスジューサに
おいて、更に、前記環状ガスケットのポリマ材料とは異
なる柔軟なポリマ材料から作られているオーリングを含
み、該オーリングは前記環状ガスケットの環状周囲の内
側に配置されている圧力トランスジューサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US314059 | 1999-05-18 | ||
| US09/314,059 US6223603B1 (en) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | Capacitive pressure transducer having reduced output error |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000356562A true JP2000356562A (ja) | 2000-12-26 |
Family
ID=23218388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000144702A Withdrawn JP2000356562A (ja) | 1999-05-18 | 2000-05-17 | 圧力トランスジューサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6223603B1 (ja) |
| EP (1) | EP1054245A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000356562A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK0992779T3 (da) * | 1998-10-06 | 2003-09-15 | Vibro Meter Ag | Accelerationskompenseret trykmåler |
| US6453747B1 (en) * | 2000-01-12 | 2002-09-24 | Peter A. Weise | Hermetic pressure transducer |
| US6487911B1 (en) * | 2000-11-21 | 2002-12-03 | Texas Instruments Incorporated | Pressure sensor apparatus |
| ITMI20030091A1 (it) * | 2003-01-22 | 2004-07-23 | Cavagna Group Spa | Regolatore di pressione con manometro, particolarmente per bombole di gpl. |
| US8181531B2 (en) * | 2008-06-27 | 2012-05-22 | Edwin Carlen | Accessible stress-based electrostatic monitoring of chemical reactions and binding |
| US7971481B2 (en) * | 2008-09-30 | 2011-07-05 | Xerox Corporation | Circuit design to prevent false level sense readings |
| JP5552396B2 (ja) * | 2010-08-18 | 2014-07-16 | 為升電装工業股▲分▼有限公司 | タイヤ監視測定装置の使用方法 |
| US9383283B2 (en) | 2014-01-16 | 2016-07-05 | Sensata Technologies, Inc. | Pressure transducer with capacitively coupled source electrode |
| US9316553B2 (en) * | 2014-03-26 | 2016-04-19 | Rosemount Inc. | Span line pressure effect compensation for diaphragm pressure sensor |
| EP3504527B1 (en) * | 2016-09-30 | 2023-06-14 | Rosemount Inc. | Process pressure transmitter with polymer seal |
| JP6751648B2 (ja) * | 2016-10-27 | 2020-09-09 | サーパス工業株式会社 | 圧力検出装置 |
| CN107014525B (zh) * | 2017-05-19 | 2023-06-16 | 深圳安培龙科技股份有限公司 | 一种抗导电流体和电磁干扰的陶瓷电容式压力传感器 |
| DE102022134323A1 (de) | 2022-12-21 | 2024-06-27 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Druckmessanordnung und Verfahren zu dessen Herstellung |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4204244A (en) * | 1978-01-23 | 1980-05-20 | Motorola, Inc. | Electromechanical pressure transducer |
| US4178621A (en) * | 1978-01-23 | 1979-12-11 | Motorola, Inc. | Electromechanical pressure transducer |
| US4716492A (en) | 1986-05-05 | 1987-12-29 | Texas Instruments Incorporated | Pressure sensor with improved capacitive pressure transducer |
| US4875135A (en) | 1988-12-02 | 1989-10-17 | Texas Instruments Incorporated | Pressure sensor |
| US5060108A (en) * | 1990-01-25 | 1991-10-22 | Texas Instruments Incorporated | Packaging and sealing for pressure transducer |
| CA2129073C (en) * | 1993-09-10 | 2007-06-05 | John P. Kalinoski | Form-in-place emi gaskets |
| EP0723143B1 (de) * | 1995-01-12 | 1998-05-13 | Endress + Hauser Gmbh + Co. | Keramischer Drucksensor mit Behälteranschlusselement und Doppeldichtung |
-
1999
- 1999-05-18 US US09/314,059 patent/US6223603B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-05-16 EP EP00304129A patent/EP1054245A3/en not_active Withdrawn
- 2000-05-17 JP JP2000144702A patent/JP2000356562A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1054245A2 (en) | 2000-11-22 |
| EP1054245A3 (en) | 2002-09-11 |
| US6223603B1 (en) | 2001-05-01 |
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