[發明專利]壓力傳感器和差壓傳感器以及使用它們的質量流量控制裝置

有效

• 申請號: 201580054213.5
• 申請日: 2015-10-06
• 公開（公告）號: CN107110727B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 鈴木健悟;梅山貴博;坂口勇夫
• 申請（專利權）人: 日立金屬株式會社
• 主分類號: G01L9/04
• 分類號: G01L9/04;G01L13/02;H01L29/84
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;楊藝

即使在膜片采用了不銹鋼的情況下，膜片和應變傳感器也不會彼此剝離，不易受到使用環境溫度的影響，并且，壓力傳感器的靈敏度不僅僅由構成膜片的材料的力學特性支配，能夠提高構成壓力傳感器的部件的設計自由度。為解決上述技術問題，本發明的壓力傳感器的特征在于，包括：因流體的壓力而變形的膜片；覆蓋該膜片的整面的彈性體，該彈性體的一側與所述膜片接合；和應變傳感器，該應變傳感器接合設置在該彈性體的另一側的遠離與所述膜片的中心對應的位置的端部側，將與所述膜片的變形連動的所述彈性體的變形作為應變檢測，所述彈性體由具有與形成所述應變傳感器的材料的線膨脹系數相近的線膨脹系數的材料構成。

技術領域

本發明涉及壓力傳感器和差壓傳感器以及使用它們的質量流量控制裝置，尤其是涉及適合于利用膜片(diaphragm)的伴隨壓力施加的變形來檢測壓力的壓力傳感器和差壓傳感器以及使用它們的質量流量控制裝置。

背景技術

作為利用膜片的伴隨壓力施加的變形來檢測壓力的壓力傳感器，眾所周知有通過在膜片上形成(貼附等)應變片(strain gauge)，來將膜片的伴隨壓力施加的變形作為應變檢測的壓力傳感器。

上述應變片即使是很小的變形也能夠改變本身的電阻。通常，應變片以4個為一組形成，且經常使用通過構成橋接電路而測量與壓力成比例的差分電壓作為輸出的方法，構成橋接電路，能夠補償應變片本身的溫度特性。例如，即使應變片本身具有溫度特性，在由溫度變化導致的4個應變片的變形分別相等時，應變傳感器的輸出也不變動。

另外，在測量對象的壓力低且不需要耐蝕性的情況下，使用如下結構的壓力傳感器：通過將硅基板局部薄膜化而形成成為受壓部的硅膜片，并在該硅膜片上通過雜質擴散來形成應變片。這種結構的壓力傳感器具有靈敏度高、能夠在硅膜片上作為一體結構形成應變片等的優點。

但是，上述的壓力傳感器不適合測量對象的壓力高的情況或需要耐蝕性的情況，較多使用在金屬制的膜片上貼附應變片或貼附形成有應變片的應變傳感器這種結構的壓力傳感器。

在專利文獻1中公開了一種壓力傳感器，其是用于檢測壓力值的微加工型的裝置，由兩個結構元件構成，第一個結構元件具有由第一材料構成的第一膜片，由第二材料構成的第二結構元件具有第一區域和第二區域。另外，第一區域形成得比第二區域薄，第一膜片和第一區域的至少一部分彼此牢固地結合。而且，第一材料改良為具有比第二材料大的熱膨脹系數的形式的材料，因此，由第一材料構成的第一膜片，與溫度相關地將橫膨脹向第二結構元件的第一區域傳遞，橫向膨脹的傳遞經由設置于第一膜片與第一區域的至少一部分之間的第一結合材料進行。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開2005－227283號公報

發明內容

發明所要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題大致分為兩個。即，第一技術問題是由不同種類的材料間的線膨脹系數的不同引起的技術問題，第二技術問題是關于壓力傳感器的靈敏度提高的技術問題。

首先，從第一技術問題開始說明，為了提高具有上述結構的壓力傳感器對于腐蝕的耐性，在構成壓力傳感器的部件中與流體直接接觸的部分(膜片)，需要采用不銹鋼等高耐蝕性材料。

但是，在采用硅作為應變傳感器的材料的情況下，硅的線膨脹系數為2.6×10^-6K^-1，而不銹鋼的線膨脹系數為15.9×10^-6K^-1，兩者存在較大的差。

因此，在想要將硅制的應變傳感器粘接于不銹鋼制的膜片時，由于溫度變化而產生較大的尺寸差，因此，不能維持將兩者粘接的狀態，容易發生剝離或在制造的過程中膜片和應變傳感器中的任一者破損的不良情況。