JPS60238732A - 差圧発信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 を測定する差圧発信器に関し、特に過大圧力による半導
体圧力センサの損傷、破壊を防止し得るようにしたもの
である。

〔従来技術〕

この種の差圧発信器に使用される半導体圧力センサは、
拡散技術によって拡散抵抗パターンが形成された面と反
対側の面の周縁部分と中心部分が肉厚に形成された単結
晶のシリコンダイヤスラムと、このシリコンダイヤフラ
ムの周縁部分を支持する支持体とで構成されている。そ
して、この半導体圧力センサの一方の面、すなわち抵抗
が形成された表面に高圧流体の圧力が高圧側バリアダイ
ヤフラムと高圧側内封液を介して加えられ、また他方の
面、すなわち内側面に低圧流体の圧力が低圧側バリアダ
イヤフラムと低圧側内封液を介して加えられる。この結
果、高圧流体と低圧流体の差の圧力がシリコンダイヤフ
ラムを歪ませ、この歪みが抵抗によって電気信号に変換
され外部に取シ出される。なお、差圧発信器のボディ本
体内にはンターダイヤスラムが設けられている。

ところで、半導体圧力センサは一般にシリコンダイヤス
ラムの一方の面の中央部に抵抗が形成され、他方の面の
中央部を化学エツチングあるいは電解エツチングするこ
とによシ製造されるため、エツチングされた面に作用す
る圧力に煎する強度と抵抗が形成された面に作用する圧
力に対する強度とが異なシ、エツチングされた面に対す
る破壊臨界圧が小さくなる。このため、従来の差圧発信
器においては、半導体圧力センサを保護するためにシリ
コンダイヤフラムの強度が小さな面に対する破壊臨界圧
に応じてセンターダイヤフラムの剛性を設定するように
している。

しかしながら、このようにセンターダイヤフラムの剛性
を設定すると、高圧側から作用する圧力に対して容易に
弾性変形することになシ、その結１　未測定レンジを大
きくする仁とができないというマ 不具合が生ずる。一方、大きな測定レンジを得るために
センターダイヤフラムの剛性を大きくすると低圧側から
作用する力によって半導体圧力センサが破壊されること
になる。

〔発明の概要〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ボデ
ィ本体内に形成されセンターダイヤスラムによって仕切
られた２つの内室のうち半導体圧力センサの低圧側に連
通ずる低圧側内室の壁面中央に前記センターダイヤフラ
ムに当接する過圧保護用突起を設け、該ダイヤフラムの
剛性を前記半導体圧力センサの各面に対する破壊臨界圧
に応じて累々らせるという極めて簡単な構成によシ、半
導体圧力センサの損傷、破壊を防止し得るようにした差
圧発信器を提供するものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る差圧発信器の一実施例を示す断面
図である。同図において、１はボディ本体で、このボデ
ィ本体１は２個のブロックＩＡ、ＩＢによって構成され
、これらは例えばステンレス鋼で作られている。前記ボ
ディ本体１の両側面、すなわち受圧側面２，３にはそれ
ぞれ波形円板状に形成されて可撓性を有する高圧側のバ
リアダイヤフラム４と、低圧側のバリアダイヤフラムと
がその周縁部を溶接されて配設されている。前記各受圧
側面２，３はそれぞれバリアダイヤフラム４゜５と同形
の波形に形成されている。また受圧側面２と高圧側バリ
アダイヤフラム４および受圧側面３と低圧側バリアダイ
ヤフラム５との間にはそれぞれ適宜な間隔が設けられ、
この間隔によって裏側室６，７をそれぞれ形成している
。そして、各バリアダイヤフラム４，５の外表面にはオ
リフィス上流側の高圧ＰＨと、オリフィス下流側の低圧
ＰＬがそれぞれ印加′されている。

前記ボディ本体１の中央接合部には内室８が形成されて
おシ、この内室８はセンターダイヤフラム９によって高
圧側内室８ａと低圧側内室８ｂとに仕切られている。高
圧側内室８ａと高圧側裏側室６とは連通路１０によって
連通され、同様に低圧側内室８ｂと低圧側裏側室Ｔとは
連通路１１に１つで速４１け−でい／、へ前記センター
ダイヤフラム９は中央部と周縁部がフラットで、その中
間が波形に形成され、周縁部が前記ボディ本体１に溶接
されている。そして、前記各内室８ｍ　、８ｂの壁面も
′前記センターダイヤフラム９と同形の波形に形成され
、かつ低圧側内室８ｂの壁面中央には本発明を特徴づけ
る過圧保護用突起１２が一体に突設され、その先端面が
前記センターダイヤフラム９の中央に接触している。

前記ボディ本体１の外周面にはセンサ部１３が一体的に
設けられている。このセンサ部１３は前記ボディ本体１
に溶接された連結金具１４と、この連結金具１４に溶接
されたシール金具１５とを備え、前記シール金具１５の
内部に半導体圧力センサ１６が収納配置されている。こ
の半導体圧力センサ１６は従来周知のもので表面中央部
に抵抗が形成され内側面の周縁部と中央部分が肉厚に形
成されたカップ状のシリコンダイヤフラム１６ｍと、こ
のシリコンダイヤフラム１６ｍを支持する支持体１６ｂ
とで構成されている。この場合支持体１６ｂはシリコン
ダイヤスラム１６ｍと熱膨張係数ｊＩ舛は答しく、かつ
ヤング率もほぼ等しい材料で製作されている。そして、
前記半導体圧力センサ１６は前記ボディ本体１内に形成
された２つの封入回路１７゜１８を仕切る如く配設され
るもので、高圧側の封入回路１Ｔの一端が高圧側内室８
ａに連通され、他端が前記連結金具１４に形成された一
方の導通路２０に連通されることによシ前記シリコンダ
イヤフラム１６ｇの表面側に高圧ＰＨが与えられている
。一方、低圧側封入回路１８の一端が低圧側内室８ｂに
連通され、他端が前記連結金具１４に形成された他の導
通路２１に連通されることにより、前記シリコンダイヤ
フラム１６＆の内側面に低圧ｐＬが与えられている。

前記各裏側室６　、＋　７から連通路１０，１１、内室
８ｍ　＋８ｂｓ封入回路１７　、１８、導通路２０゜２
１を経て半導体圧力センサ１６の高圧側と低圧側とに至
る間にはシリコンオイル等の内封液２３がそれぞれ封入
されている。なお、２４ｍ　、　２４ｂは液封孔、２５
社ボール、２６はねじである。

このように構成された差圧発信器においては、高圧側か
ら圧力が作用した場合、センターダイヤフラム９はその
中央部が過圧保護用突起１２に当接しているため移動す
ることができず、波形部分が圧力に比例して弾性変形し
、高圧側裏側室６内の内封液２３が高圧側内室８ａに移
動し、高圧側バリアダイヤフラム４に作用する圧力が内
封液２３によって半導体圧力センサ１６に伝達される。

一方、低圧側から圧力が作用した場合、センターダイヤ
フラム９は周辺固定の円板を構成するためこの時の圧力
に比例して高圧側に移動し、低圧側裏側室７内の内封液
２３が低圧側内室８ｂに移動し、低圧側バリアダイヤフ
ラム５に作用する一圧力が内封液２３によって半導体圧
力センサ１６に伝達される。その結果、高圧側と低圧側
との圧力差に応じて半導体圧力センサ１６のシリコンダ
イヤフラム１６＆がひずみ、このひずみ量が抵抗によっ
て電気的に取り出され、差圧の測定が行われる。

ここで、上述したような半導体圧力セｙす１６を保護す
る過圧係路機構の動作する圧力Ｐは次式によって示され
る。

ｐ＝ｖｏ／Φ 但し、■ｏ：パリアダイヤフラム下封入液量Φ：（体積
変化／圧力）係数（コンプライアンス）センターダイヤ
フラム９は高圧側から圧力を受けた場合と低圧側から圧
力を受けた場合とでは弾性変形可能々部分の表面積が異
なっているため、高圧側から作用する圧力に対しては、
低圧側力）ら作用する圧力に対してよシも大きな剛性を
有することになる。このため、センターダイヤフラム９
のコンプライアンスΦは高圧側から圧力が加わった場合
と、低圧側から圧力が加わった場合とでは大きく異なり
、過圧保護が働く圧力も大きく違えることが可能となる
。

第２図は高圧側を正側とし低圧側を負側とし、半導体圧
力センサ１６に伝達される圧力ｐｓと内封液２３の移動
量Ｖとの関係を示す図で、高圧側の圧力に対しては圧力
Ｐ１において内封液２３力；高圧側内封液量ｖＯだけ移
動し、ノ（リアダイヤフラム４が受圧側面２に接触して
半導体圧力センサ１６の過圧保護が行われる。これと同
様に低圧側からの圧力に対しては前記圧力Ｐ１よシ小さ
な圧力Ｐ２でバリアダイヤフラム５が受圧側面３に接触
することになる。その結果、第３図に半導体圧力センサ
１６に伝達される圧力Ｐ６と差圧発信器に作用する差圧
Ｐとの関係を、高圧側を正側、低圧側を負側として示す
ように２１以上あるいはＰ２以下の差圧が半導体圧力セ
ｙす１６に伝達されるのが防止される。

これはとシもなおさず低圧側内室８ｂに設けた過圧保護
用突起１２をセンターダイヤフラム１２に当接させるこ
とによシ、該センターダイヤフラム１２が破壊臨界圧の
大きな半導体圧力センサ１６の上側に連通された高圧側
に作用する圧力に対しては大きな剛性を有し、破壊臨界
圧の小さな半導体圧力セ／す１６の下側に連通された低
圧側に対しては小さな剛性を有することによるもので、
そのため半導体圧力センサ１６の高圧側には大きな圧力
を作用させることができると共に、破壊臨界圧が小さい
低圧側に対しては大きな圧力が伝達されのを防止し、半
導体圧力センサ１６を過圧保吸することができる。

なお、過圧保護用突起１２のセンターダイヤフラム９に
接触する先端面の面積紘、半導体圧力センサ１６のシリ
コンダイヤフラム１６ｍの各面の破壊臨界圧に応じて設
定される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る差圧発信器によれば、
ボディ本体内に形成された内室をセンターダイヤフラム
によって半導体圧力センサの高圧側の面に連通される高
圧側内室と、低圧側の面に連通される低圧側内室とに画
成し、低圧側内室の壁面中央部に前記センターダイヤフ
ラムに接触する過圧保護用突起を設けて構成したので、
センターダイヤフラムは前記各内室に作用する圧力に対
して異なった剛性を有することになシ、半導体圧力セン
サの破壊臨界圧が大きい高圧側の面には大きな圧力を作
用させることができると共に破壊臨昂圧が小さな低圧側
の面には大きな圧力が作用するのを防止することができ
る。したがって、センターダイヤフラムの剛性が破壊臨
界圧の小さい面に対応して設定された従来の差圧発信器
に比べて測定レンジを大きくすることができ、しかも半
導体圧力センサの損傷、破壊を防止できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る差圧発信器の一実施例を示す断面
図、第２図は半導体圧力センサに伝達される圧力ｐｓと
内封液の移動量Ｖとの関係を示す図、第３図は半導体圧
力センサに伝達される圧力ｐｓと差圧発信器に作用する
差圧Ｐとの関係を示す図である。 １−・・・ボディ本体、２，３・・・・受圧側面、４　
、５・・・・バリアダイヤフラム、６Ｉ７・・・・裏側
室、８・・・・内室、８ａ・・・・高圧側内室、８ｂ・
・・・低圧側内室、９・・・・センターダイヤフラム、
１０．１１・・・・連通路、１２・・・・過圧保護用突
起、１６・・・・半導体圧力センサ、１６ａ・・・・シ
リコンダイヤフラム、１７．１８・・・・封入回路、２
３・・・・内封液。 第１図 ６ 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 両側面にそれぞれバリアダイヤフラムが配設され内部に
   内封液を封入してなるボディ本体と、とのボディ本体内
   に設けられセンターダイヤフラムによって画成された高
   圧側内室および低圧側内室と、前記各バリアダイヤフラ
   ムとボディ側面との間に形成された裏側室と前記各内室
   とをそれぞれ連通させる２つの連通路と、一端がそれぞ
   れ前記各内室に連通ずる２つの封入回路と、これら２つ
   の封入回路を仕切る如く配設さ−た半導体圧力センサと
   を具備してなシ、前記半導体圧力センサの低圧側の面に
   連通する前記低圧側内室の壁面中央部に前記センターダ
   イヤフラムに当接する過圧保定用突起を設けたことを特
   徴とする差圧発信器。