[發(fā)明專利]壓力傳感器和差壓傳感器以及使用它們的質(zhì)量流量控制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580054213.5
• 申請日: 2015-10-06
• 公開（公告）號: CN107110727B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鈴木健悟;梅山貴博;坂口勇夫
• 申請（專利權(quán)）人: 日立金屬株式會(huì)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(chǎn)權(quán)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(yīng)變傳感器也不會(huì)彼此剝離，不易受到使用環(huán)境溫度的影響，并且，壓力傳感器的靈敏度不僅僅由構(gòu)成膜片的材料的力學(xué)特性支配，能夠提高構(gòu)成壓力傳感器的部件的設(shè)計(jì)自由度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)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(cè)與所述膜片接合；和應(yīng)變傳感器，該應(yīng)變傳感器接合設(shè)置在該彈性體的另一側(cè)的遠(yuǎn)離與所述膜片的中心對應(yīng)的位置的端部側(cè)，將與所述膜片的變形連動(dòng)的所述彈性體的變形作為應(yīng)變檢測，所述彈性體由具有與形成所述應(yīng)變傳感器的材料的線膨脹系數(shù)相近的線膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓力傳感器和差壓傳感器以及使用它們的質(zhì)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(zhì)量流量控制裝置。

背景技術(shù)

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(yīng)變片(strain gauge)，來將膜片的伴隨壓力施加的變形作為應(yīng)變檢測的壓力傳感器。

上述應(yīng)變片即使是很小的變形也能夠改變本身的電阻。通常，應(yīng)變片以4個(gè)為一組形成，且經(jīng)常使用通過構(gòu)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(gòu)成橋接電路，能夠補(bǔ)償應(yīng)變片本身的溫度特性。例如，即使應(yīng)變片本身具有溫度特性，在由溫度變化導(dǎo)致的4個(gè)應(yīng)變片的變形分別相等時(shí)，應(yīng)變傳感器的輸出也不變動(dòng)。

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(jié)構(gòu)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(zhì)擴(kuò)散來形成應(yīng)變片。這種結(jié)構(gòu)的壓力傳感器具有靈敏度高、能夠在硅膜片上作為一體結(jié)構(gòu)形成應(yīng)變片等的優(yōu)點(diǎn)。

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(yīng)變片或貼附形成有應(yīng)變片的應(yīng)變傳感器這種結(jié)構(gòu)的壓力傳感器。

在專利文獻(xiàn)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(gè)結(jié)構(gòu)元件構(gòu)成，第一個(gè)結(jié)構(gòu)元件具有由第一材料構(gòu)成的第一膜片，由第二材料構(gòu)成的第二結(jié)構(gòu)元件具有第一區(qū)域和第二區(qū)域。另外，第一區(qū)域形成得比第二區(qū)域薄，第一膜片和第一區(qū)域的至少一部分彼此牢固地結(jié)合。而且，第一材料改良為具有比第二材料大的熱膨脹系數(shù)的形式的材料，因此，由第一材料構(gòu)成的第一膜片，與溫度相關(guān)地將橫膨脹向第二結(jié)構(gòu)元件的第一區(qū)域傳遞，橫向膨脹的傳遞經(jīng)由設(shè)置于第一膜片與第一區(qū)域的至少一部分之間的第一結(jié)合材料進(jìn)行。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：特開2005－227283號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

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

首先，從第一技術(shù)問題開始說明，為了提高具有上述結(jié)構(gòu)的壓力傳感器對于腐蝕的耐性，在構(gòu)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(yīng)變傳感器的材料的情況下，硅的線膨脹系數(shù)為2.6×10^-6K^-1，而不銹鋼的線膨脹系數(shù)為15.9×10^-6K^-1，兩者存在較大的差。

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