(57)【要約】 【課題】  流体の圧力及び温度を精確に測定することが可能な圧力温度センサを提供する。【解決手段】  ポート１２は、測定すべき流体が導入される導入孔を有する。本体１１は、一端部にポートが設けられている。圧力センサモジュール２１は、本体内の導入孔を閉塞し、導入孔内に導入された流体の圧力を検出する。温度センサモジュール３１は、本体内で、圧力センサモジュールの近傍に設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定すべき流体が導入される導入孔を有するポートと、
一端部に前記ポートが設けられた本体と、
前記本体内の前記導入孔を閉塞し、前記導入孔内に導入された流体の圧力を検出する圧力センサモジュールと、
前記本体内で、前記圧力センサモジュールの近傍に設けられた温度センサモジュールと、
を具備する圧力温度センサ。
【請求項２】
前記温度センサモジュールは、前記本体内に設けられた第１基板と、前記第１基板に配置された温度センサ素子と、を具備することを特徴とする請求項１記載の圧力温度センサ。
【請求項３】
前記第１基板は、セラミック基板及びガラスエポキシ基板の一方であることを特徴とする請求項２記載の圧力温度センサ。
【請求項４】
前記温度センサ素子は、ＰＮ接合を有する半導体センサであることを特徴とする請求項３記載の圧力温度センサ。
【請求項５】
前記本体内で、前記第１基板から離れた位置に設けられ、少なくとも前記圧力センサモジュールの出力信号を処理する回路を含む第２基板
をさらに具備することを特徴とする請求項２記載の圧力温度センサ。
【請求項６】
前記本体は、前記ポート、圧力センサモジュール、及び温度センサモジュールを含む部分と、前記部分と熱的に分離され、前記第２基板が設けられる部分とを具備することを特徴とする請求項５記載の圧力温度センサ。
【請求項７】
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた断熱材
をさらに具備することを特徴とする請求項５記載の圧力温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば流体の圧力及び温度を検出する圧力温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の圧力及び温度を検出するセンサが開発されている。このセンサは、圧力を測定すべき流体が導入される導入孔を有し、この導入孔内に温度センサ素子が設けられている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９８３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧力センサは、流体を導入するための導入孔を有するポートを具備している。ポートの継手形状は規格で定められており、例えばＲ１／４、Ｇ１／８、ＶＣＲ等、複数の継手形状が存在する。このため、導入孔内に温度センサ素子を設ける場合、継手形状に応じて温度センサ素子の配置を設計する必要がある。また、導入孔内に温度センサ素子を設ける場合、導入孔内の形状が複雑化し、圧力測定の精度が低下する可能性を有している。
【０００５】
本実施形態は、流体の圧力及び温度を精確に測定することが可能な圧力温度センサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の圧力温度センサは、測定すべき流体が導入される導入孔を有するポートと、一端部に前記ポートが設けられた本体と、前記本体内の前記導入孔を閉塞し、前記導入孔内に導入された流体の圧力を検出する圧力センサモジュールと、前記本体内で、前記圧力センサモジュールの近傍に設けられた温度センサモジュールと、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係る圧力温度センサを示す側断面図。
【図２】図１に示す圧力温度センサを別の方向から見た側面図。
【図３】図１に示す圧力センサモジュールの一例を示す斜視図。
【図４】図１に示す温度センサモジュールの一例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一符号を付している。
【０００９】
図１に示すように、圧力温度センサ１０は、本体１１と、本体１１の一端部に設けられたポート１２を具備している。本体１１は、外径及び内径の異なる複数の円筒部分を有している。具体的には、本体１１は、第１の部分１１ａと、第２の部分１１ｂと、第３の部分１１ｃと、を具備している。第１の部分１１ａは、第１の外径を有し、第２の部分１１ｂは、第１の外径より大きな第２の外径を有している。第３の部分１１ｃは、第１の部分１１ａに設けられ、第１の外径と同一の外径を有している。
【００１０】
第１の部分１１ａ及び第２の部分１１ｂは、絶縁材料、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂により形成され、第３の部分１１ｃは、金属、例えばステンレススチール（ＳＵＳ）により形成されている。
【００１１】
本体１１の第３の部分１１ｃには、ポート１２が設けられる。ポート１２は、金属、例えばＳＵＳにより形成されている。ポート１２は、規格に従った継手形状を有し、軸心に沿って測定すべき流体が導入される導入孔１２ａを有している。
【００１２】
本体１１の他端部で第２の部分１１ｂには、カバー１３が取着される。カバー１３は、絶縁材料又は金属材料により形成される。カバー１３には、コネクタ１４が設けられ、コネクタ１４にケーブル１５が接続されたケーブルクランプ１６が装着される。
【００１３】
図２に示すように、さらに、カバー１３は、窓１３ａを有し、本体１１内に設けられた発光素子としての例えば発光ダイオード１７が窓１３ａに対向されている。
【００１４】
図１に示すように、本体１１の第３の部分１１ｃの内部で、ポート１２には、圧力センサモジュール２１が設けられる。ポート１２の導入孔１２ａは、本体１１の内部において、圧力センサモジュール２１により閉塞される。換言すると、本体１１の内部と、導入孔１２ａとは、圧力センサモジュール２１により仕切られる。
【００１５】
図３に示すように、圧力センサモジュール２１は、例えばニッケル基耐食合金により形成され、円筒状の本体２１ａと、本体２１ａに設けられたダイアフラム２１ｂとを具備する。
【００１６】
ダイアフラム２１ｂの表面には、圧力センサ素子としての例えば抵抗体２２、２３を含むブリッジ回路が設けられる。ダイアフラム２１ｂは、ポート１２の導入孔１２ａ内に導入された流体の圧力に応じて、本体２１ａに対して図示矢印方向に撓むことが可能である。抵抗体２２、２３は、ダイアフラム２０ｂの撓みに従って抵抗値が変化する。
【００１７】
抵抗体２２、２３は、ブリッジ回路の一部を構成しており、抵抗体２２、２３の抵抗値が変化することにより、ブリッジ回路の出力電圧が変化し、流体の圧力が電気信号に変換される。
【００１８】
圧力センサモジュール２１において、本体２１ａの形状や材料は、上記に限定されるものではなく、後述する温度センサモジュール３１による温度検出に最適な熱伝導率を有する材料を適用することが可能である。さらに、ダイアフラム２１ｂの形状、ダイアフラム２０ｂに設けられる抵抗体２２、２３の位置、及び抵抗体の数も、上記に限定されるものではない。
【００１９】
また、圧力センサ素子は、抵抗体２２、２３に限定されるものではなく、他のセンサ素子を使用することも可能である。
【００２０】
図１に示すように、本体１１の第３の部分１１ｃの内部で、圧力センサモジュール２１の近傍には、温度センサモジュール３１が設けられる。
【００２１】
図４に示すように、温度センサモジュール３１は、回路基板３１ａと、温度センサ素子３１ｂと、を具備している。回路基板３１ａは、例えばセラミック基板やガラスエポキシ基板により構成され、温度センサ素子３１ｂは、例えばＰＮ接合を有する半導体センサにより構成される。
【００２２】
温度センサ素子３１ｂは、回路基板３１ａの圧力センサモジュール２１と対向する面の、例えば中央部に設けられ、圧力センサモジュール２１を介して、導入孔１２ａ内に導入された流体の温度を間接的に検出する。
【００２３】
温度センサモジュール３１において、回路基板３１ａは、上記材料に限定されるものではなく、金属箔や金属ペースト等によって配線パターンを印刷などにより形成することが可能で、例えば２００℃程度の温度に耐え得る材料であればよい。また、温度センサ素子３１ｂも半導体センサに限定されるものではなく、例えばサーミスタなどを使用することも可能である。
【００２４】
図１に示すように、本体１１の他端部で第２の部分１１ｂには、回路基板４１、４２が設けられる。具体的には、回路基板４１、４２は、本体１１の第２の部分１１ｂで、第３の部分１１ｃから離れた位置に設けられる。
【００２５】
回路基板４１は、第２の部分１１ｂの中空部を閉塞するように、第２の部分１１ｂに設けられ、回路基板４２は、回路基板４１に平行に設けられる。回路基板４１、４２は、例えばガラスエポキシ基板であるが、これに限定されるものではなく、印刷などにより、配線を形成することが可能な基板であればよい。
【００２６】
回路基板４１は、第２の部分１１ｂの内部に配置されたリード線４３により圧力センサモジュール２１の抵抗体２２、２３に接続され、第２の部分１１ｂの内部に配置されたリード線４４により温度センサモジュール３１の温度センサ素子３１ｂに接続される。
【００２７】
回路基板４２は、複数のリード線４５により回路基板４１に接続される。回路基板４２には、発光ダイオード１７が設けられるとともに、コネクタ１４に設けられた複数のリード線４６が接続される。
【００２８】
回路基板４１には、圧力センサモジュール２１及び温度センサ素子３１ｂと共に圧力温度センサを構成する回路、例えば基準電圧発生回路、計装アンプ、信号処理回路などが配置される。
【００２９】
基準電圧発生回路は、コネクタ１４から供給される電源に基づき、ブリッジ回路を動作させるための基準電圧を発生する。
【００３０】
ブリッジ回路は、抵抗体２２、２３とともに、例えばホイートストンブリッジを形成する。ブリッジ回路の出力端は、計装アンプの入力端に接続される。導入孔１２ａに導入された流体の圧力によりブリッジ回路のバランスが崩れ、電位差が発生すると、この電位差は計装アンプに供給される。
【００３１】
計装アンプは、ブリッジ回路から供給される電位差を増幅する。計装アンプから出力される流体の圧力に対応する信号は、コネクタ１４を介して外部に出力される。
【００３２】
信号処理回路は、例えばアナログ／デジタル変換回路や較正回路を含んでいてもよい。温度センサ素子３１ｂは、流体の温度を間接的に測定している。このため、温度センサ素子３１ｂにより検出された流体の温度を較正する必要がある。したがって、温度センサ素子３１ｂにより検出された流体の温度に対する信号は、例えばアナログ／デジタル変換回路によりデジタル信号に変換される。較正回路は、例えば予め定められた較正曲線を具備しており、較正曲線に基づき、アナログ／デジタル変換回路から供給されるデジタル信号を、流体の温度に対する信号に較正する。較正された流体の温度に対する信号はコネクタ１４を介して外部に出力される。
【００３３】
基準電圧発生回路、計装アンプ、信号処理回路などは、回路基板４１に配置したが、これに限定されるものではなく、回路基板４１、４２に適宜配置することが可能である。また、基準電圧発生回路、計装アンプ、信号処理回路も、これに限定されるものではなく、変形可能である。
【００３４】
さらに、図１に示すように、本体１１の第１の部分１１ａの内部には、断熱材５１が設けられる。断熱材５１は、例えばシリコーンゴムにより構成され、第１の部分１１ａの内部に充填されている。断熱材５１は、本体１１の第３の部分１１ｃと第２の部分１１ｂとを熱的に分離し、導入孔１２ａ内に導入された流体の熱が回路基板４１、４２に伝わることを防止している。
（実施形態の効果）
【００３５】
上記実施形態によれば、温度センサ素子３１ｂを有する温度センサモジュール３１は、本体１１の内部で、圧力センサモジュール２１の近傍に設けられている。このように、温度センサ素子３１ｂは導入孔１２ａ内に配置されていないため、温度センサ素子３１ｂを配置するためにポート１２の形状を変える必要がない。したがって、ポート１２の継手形状に応じて温度センサ素子の配置を設計する必要がないため、設計が容易である。
【００３６】
しかも、導入孔１２ａ内に温度センサ素子３１ｂを配置していないため、導入孔１２ａの形状が単純であり、複雑化することがない。したがって、圧力測定の精度を向上させることが可能である。
【００３７】
また、温度センサモジュール３１を、圧力センサモジュール２１の近傍に設けているため、圧力センサモジュール２１を介して流体の温度を確実且つ精確に検出することが可能である。
【００３８】
しかも、回路基板４１（又は４２）に設けられ、温度センサを構成する信号処理回路は、本体１１の内部で、導入孔１２ａから離れた位置に設けられている。このため、高温の流体からの熱の影響を抑制することができ、測定精度を向上させることが可能である。
【００３９】
さらに、本体１１の内部で、温度センサモジュール３１と信号処理回路が配置された回路基板４１（又は４２）との間には、断熱材５１が設けられている。したがって、高温の流体からの熱を遮断することができ、圧力及び温度の測定精度を向上させることが可能である。
【００４０】
尚、例えば本体１１は、第１の部分１１ａにおいて、第２の部分１１ｂと第３の部分１１ｃとを切り離してそれぞれ個別の構造としてもよい。第２の部分１１ｂと第３の部分１１ｃの切断部分は、例えば個別に封止され、封止された第２の部分１１ｂのリード線４３、４４と、封止された第３の部分のリード線４３、４４とを接続するような構成としてもよい。この場合、ポート１２、圧力センサモジュール２１、及び温度センサモジュール３１が設けられる第３の部分１１ｃと回路基板４１、４２が設けられる第２の部分１１ｂとは、熱的に分離されるため、断熱材５１を省略することが可能である。
【００４１】
その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０…圧力温度センサ、１１…本体、１２…ポート、１２ａ…導入孔、２１…圧力センサモジュール、２２、２３…抵抗体、３１…温度センサモジュール、３１ａ…回路基板（第１基板）、３１ｂ…温度センサ素子、４１…回路基板（第２基板）、４２…回路基板、５１…断熱材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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