(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
差圧センサーであって、
第１撓み面を有し、第１基板と一体化されている第１圧力変換器であって、前記第１撓み面と前記第１基板とが第１容積を囲む第１圧力変換器と、
第２撓み面を有し、第２基板と一体化されている第２圧力変換器であって、前記第２撓み面と前記第２基板とが前記第１容積から独立した第２容積を囲み、前記第２圧力変換器が前記第１圧力変換器から独立して動作して両面差圧変換器を形成する第２圧力変換器と
を含み、
前記第１圧力変換器は第１過渡流体にさらされるように構成され、
前記第２圧力変換器は第２過渡流体にさらされるように構成され、
前記第１圧力変換器及び前記第２圧力変換器は、各撓み面が互いに外側に向けられて一定距離内に配置され、
前記差圧センサーは、前記撓み面を共に観測すると、前記第１過渡流体と前記第２過渡流体の差圧のみを表す信号を出力し、
前記第１基板及び前記第２基板は共通基板の反対側の容積部分である、差圧センサー。
【請求項２】
前記第１圧力変換器及び前記第２圧力変換器は、各撓み面が前記撓み面に対する共通の垂直軸に沿って互いに外側に向けられて配置されている、請求項１に記載の差圧センサー。
【請求項３】
前記第１過渡流体及び前記第２過渡流体は、一の流路内の異なる位置にある同一流体である、請求項１に記載の差圧センサー。
【請求項４】
前記第１撓み面及び前記第２撓み面は各第１及び第２ダイヤフラムの表面であり、
前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムは、前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの内側表面と各基板との間にギャップを形成するように構成されたスペーサーによって各基板からずらして配置されている、請求項１に記載の差圧センサー。
【請求項５】
前記スペーサーはガラススペーサーである、請求項４に記載の差圧センサー。
【請求項６】
前記第１圧力変換器及び前記第２圧力変換器の各々は、ダイヤフラムと、並列に配置された第１及び第２導電性プレート電極と、各導電性プレート電極と電気通信する第１及び第２電極リードとを含み、
前記第１導電性プレート電極は各ダイヤフラム内側表面に配置され、
前記第２導電性プレート電極は各基板に配置され、
前記第１導電性プレート電極及び前記第２導電性プレート電極は各反対側の導電性プレート電極間のギャップ距離だけずらされ、
前記ギャップ距離は各過渡流体によって各ダイヤフラムに加えられる圧力の変化に基づいて変化する、請求項１に記載の差圧センサー。
【請求項７】
前記ダイヤフラムはセラミックダイヤフラムである、請求項６に記載の差圧センサー。
【請求項８】
圧力を変換する方法であって、
第１過渡流体に関連する圧力変化に応じて第１撓み面と共通基板の第１面とに関連する第１静電容量を変化させることと、
第２過渡流体に関連する圧力変化に応じて第２撓み面と前記共通基板の第２面とに関連する第２静電容量を変化させることと、
前記第１過渡流体及び前記第２過渡流体の差圧測定のみの表示を生成する際に前記第１撓み面及び前記第２撓み面に前記第１過渡流体及び前記第２過渡流体によって与えられる前記第１静電容量及び前記第２静電容量の変化を組み合わせることと
を含み、
前記第１撓み面と前記共通基板の第１面とが第１容積を囲み、
前記第２撓み面と前記共通基板の第２面とが前記第１容積とは別個の第２容積を囲む、方法。
【請求項９】
各過渡流体に関連する圧力変化に応じて前記第１静電容量を変化させることと前記第２静電容量を変化させることは、
第１ダイヤフラム及び第２ダイヤフラムの内側表面と各基板との間のギャップ距離を定めるスペーサーによって各基板から離れた前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの間隔を維持することと、
各過渡流体に関連する圧力変化に応じて前記ギャップ距離を変化させることと
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの間隔を維持することは、前記内側表面に結合された導電性プレート電極と前記各基板との間隔を維持することを更に含み、前記導電性プレート電極はそれによって定められた静電容量を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
各過渡流体に関連する圧力変化に応じて前記ギャップ距離を変化させることは、各過渡流体に関連する圧力変化に応じて前記静電容量を変化させることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
差圧センサーであって、
第１過渡流体に関連する圧力変化に応じて第１静電容量を変化させるための第１手段であって、第１容積を囲む第１撓み面及び第１基板を含む第１手段と、
第２過渡流体に関連する圧力変化に応じて第２静電容量を変化させるための第２手段であって、前記第１容積から独立した第２容積を囲む第２撓み面及び第２基板を含み、前記第２手段が前記第１手段から独立して動作して両面差圧変換器を形成する第２手段と
を含み、
前記第１手段は前記第１過渡流体にさらされるように構成され、
前記第２手段は前記第２過渡流体にさらされるように構成され、
前記第１手段及び前記第２手段は、各撓み面が互いに外側に向けられて配置され、前記撓み面を共に観測すると、前記差圧センサーが前記第１過渡流体と前記第２過渡流体の差圧のみを表す信号を出力し、
前記第１基板及び前記第２基板は共通基板の反対側の容積部分である、差圧センサー。
【請求項１３】
差圧センサーであって、
露出して第１過渡流体と圧力連通するように構成可能な第１容量性圧力変換器であって、第１基板と一体化され且つ第１撓み面を有し、前記第１撓み面と前記第１基板とが第１容積を囲む第１圧力変換器と、
露出して第２過渡流体と圧力連通するように構成可能な第２容量性圧力変換器であって、第２基板と一体化され且つ第２撓み面を有し、前記第２撓み面と前記第２基板とが前記第１容積から独立した第２容積を囲み、前記第２容量性圧力変換器が前記第１容量性圧力変換器から独立して動作して両面差圧変換器を形成し、前記第１基板及び前記第２基板は共通基板の反対側の容積部分であって、前記差圧センサーが前記第１過渡流体と前記第２過渡流体の差圧のみを表す信号を出力するように配置されている、第２容量性圧力変換器と、
各過渡流体の圧力の変化に応じて前記第１容量性圧力変換器及び前記第２容量性圧力変換器の静電容量の変化を測定するように構成された電子回路であって、前記第１過渡流体及び前記第２過渡流体の差圧測定の表示を出力するように構成された電子回路と
を含む、差圧センサー。
【請求項１４】
前記電子回路は更に、前記第１過渡流体、前記第２過渡流体、又は両方の絶対圧力を表す少なくとも１つの信号を出力するように構成されている、請求項１３に記載の差圧センサー。
【請求項１５】
２つの過渡流体の圧力を測定する方法であって、
第１過渡流体の圧力の変化に応じて撓む第１ダイヤフラムの撓みを前記第１ダイヤフラムと共通基板の第１面とに関連する第１静電容量に変換することと、
第２過渡流体の圧力の変化に応じて撓む第２ダイヤフラムの撓みを前記第２ダイヤフラムと前記共通基板の第２面とに関連する第２静電容量に変換することと、
前記第１及び第２静電容量の変化を測定することと、
前記第１及び第２過渡流体の差圧測定の電気信号表示を出力することと
を含み、
前記第１ダイヤフラムと前記共通基板の第１面とが第１容積を囲み、
前記第２ダイヤフラムと前記共通基板の第２面とが前記第１容積とは別個の第２容積を囲む、方法。
【請求項１６】
内燃エンジンであって、
第１過渡流体及び第２過渡流体と、
前記内燃エンジンの動作特徴を制御するように構成されたエンジン制御装置と、
前記エンジン制御装置と電気通信する第１の対の圧力変換器を有する差圧センサーと
を含み、
前記第１の対の圧力変換器は、
第１撓み面を有し、第１基板と一体化されている第１圧力変換器であって、前記第１撓み面と前記第１基板とが第１容積を囲む第１圧力変換器と、
第２撓み面を有し、第２基板と一体化されている第２圧力変換器であって、前記第２撓み面と前記第２基板とが前記第１容積から独立した第２容積を囲み、前記第２圧力変換器が前記第１圧力変換器から独立して動作して両面差圧変換器を形成する第２圧力変換器と
を含み、
前記第１圧力変換器は前記第１過渡流体にさらされるように構成され、
前記第２圧力変換器は前記第２過渡流体にさらされるように構成され、
前記第１圧力変換器及び前記第２圧力変換器は、各撓み面が互いに外側に向けられて一定距離内に配置され、
前記差圧センサーは、前記撓み面を共に観測すると、前記第１過渡流体と前記第２過渡流体の差圧のみを前記エンジン制御装置に提供するための特定用途向け集積回路ＡＳＩＣからの出力部を含み、
前記第１基板及び前記第２基板は共通基板の反対側の容積部分である、内燃エンジン。
【請求項１７】
吸気圧力と排気圧力を有する排気ガス再循環バルブを更に含み、
前記第１の対の圧力変換器は、前記吸気圧力と前記排気圧力からなる過渡流体圧力を測定し且つ同過渡流体圧力を前記吸気圧力及び前記排気圧力のコモンモードの表示なしで前記エンジン制御装置に供給するように構成されている、請求項１６に記載の内燃エンジン。
【請求項１８】
流入圧力及び流出圧力を有するディーゼル微粒子フィルタを更に含み、
第２の対の圧力変換器が、前記流入圧力と前記流出圧力からなる過渡流体圧力を測定するように構成されている、請求項１７に記載の内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１月１７日に出願された「両面容量検出素子を用いたデュアル出力を有する差圧センサー」と題する米国特許出願第１４／１５８２１３号の優先権を主張するものであり、上記米国特許出願は、参照によりその全体が本明細書中に含まれるものとする。
【０００２】
容量性圧力変換器は、流体などによってそのダイヤフラムに加えられる圧力の変化を対応する容量変化に変換して圧力測定を可能にする。ダイヤフラムの後ろには、ダイヤフラムに加えられる圧力による歪みを検出するための可変コンデンサーを構成する平行オフセット導電性プレートを有する圧力キャビティがあり、平行オフセット導電性プレートの一方がダイヤフラムに対して固定された位置にあり、他方がダイヤフラムに取り付けられている。
【０００３】
典型的な圧力センサーは、２つの主要な部分、（ｉ）容量性圧力変換器のような、圧力変化によって影響を受ける要素と、（ｉｉ）容量性圧力変換器に変調電気信号を供給し且つ容量性圧力変換器によって与えられる変調信号への影響を圧力変化の関数として検出するための電子機器とを含む。
【０００４】
典型的な容量性圧力変換器は、金属、セラミック、又はシリコン製のダイヤフラムを使用し、このダイヤフラムに一方の平行オフセット導電性プレートが取り付けられている。他方のプレートは、圧力変化に反応しない基板に取り付けられている。圧力変化はダイヤフラムの湾曲を引き起こし、それにより平行オフセット導電性プレート間の距離を変化させ、測定可能な静電容量の変化を生じる。この変化は線形又は非線形であり得るが、通常は５〜１００ｐＦの全静電容量のうちのわずか数ピコファラッドである。静電容量のこの変化は、発振器の周波数を制御するか又は交流信号の結合を変化させるのに使用されることができる。信号調整用の電子機器は、一般に変換素子の近くに位置し、浮遊容量に起因するエラーを防止する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な実施形態は、第１撓み面を有し、第１基板と一体化された第１圧力変換器と、第２撓み面を有し、第２基板と一体化された第２圧力変換器とを有する差圧変換器である。第１圧力変換器は第１過渡流体にさらされるように構成され、第２圧力変換器は第２過渡流体にさらされるように構成されている。第１及び第２圧力変換器は、各撓み面が互いに外側に向けられて配置され、且つ撓み面を同時に観測する場合に第１及び第２過渡流体の差圧測定の表示を生成する際の第１及び第２過渡流体のコモンモードの圧力の表示の除去を可能にする距離内に配置されている。代替方法として、第１及び第２基板は、互いに背中合わせの配置で直接的に或いは第３基板又は構造体などの中間媒体に固定されている。
【０００６】
本発明の例示的な実施形態において、差圧センサーの第１及び第２基板は共通基板の反対側の体積部分である。
【０００７】
一実施形態において、第１及び第２圧力変換器は、それらの各撓み面が撓み面に対する共通の垂直軸に沿って互いに外側に面して配置されている。
【０００８】
第１及び第２過渡流体は流路内の異なる位置にある同一流体であることができる。ダイヤフラムは、腐食性又は苛性流体への暴露に耐えることができるセラミックダイヤフラムであることができる。
【０００９】
別の実施形態において、第１及び第２撓み面は各第１及び第２ダイヤフラムの表面であり、第１及び第２ダイヤフラムは、第１及び第２ダイヤフラムの内側表面と各基板との間のギャップを配置するように構成された各スペーサーによって各基板からずらして配置されている。スペーサーはガラスで作られていることができる。
【００１０】
更に別の実施形態において、第１及び第２圧力変換器の各々は、ダイヤフラムと、並列に配置された第１及び第２導電性プレート電極と、各導電性プレート電極と電気通信する第１及び第２電極リードとを含む。第１導電性プレート電極は各ダイヤフラムの内側表面に配置され、第２導電性プレート電極は各基板に配置されている。第１及び第２導電性プレートは、各反対側の導電性プレート電極間のギャップ距離だけずれている。ギャップ距離は、各過渡流体によって各ダイヤフラムに加えられる圧力の対応する変化に基づいて変化する。ギャップ距離の変化は、各第１及び第２プレートの静電容量の関連する変化を引き起こす。
【００１１】
ダイヤフラムはセラミックダイヤフラムであることができる。
【００１２】
本発明の他の実施形態は、第１過渡流体に関連する圧力変化に応じて第１撓み面に関連する第１容量を変化させることと、第２過渡流体に関連する圧力変化に応じて第２撓み面に関連する第２容量を変化させることと、第１及び第２過渡流体の差圧測定の表示を生成する際に第１及び第２撓み面上の第１及び第２過渡流体によって与えられるコモンモード圧力の表示を除去することを含む第１及び第２容量の変化を組み合わせることとを含む、圧力を変換する方法である。
【００１３】
一実施形態において、第１容量を変化させることと第２容量を変化させることは共通基板の両側で行われる。
【００１４】
別の実施形態において、第１容量を変化させることと第２容量を変化させることはに対する共通の垂直軸に沿って起こる。
【００１５】
更に別の実施形態において、各過渡流体に関連する圧力変化に応じて第１静電容量を変化させることは、第１及び第２ダイヤフラムの内側表面と各基板との間のギャップ距離を定めるスペーサーによってそれらの各基板から離れた第１及び第２ダイヤフラムの間隔を維持することと、各過渡流体に関連する圧力変化に応じてギャップ距離を変化させることを含む。スペーサーはガラススペーサーであることができる。
【００１６】
別の実施形態において、第１及び第２ダイヤフラム間の間隔を維持することは、ダイヤフラムの内側表面とそれらの各基板とに結合された導電性プレート電極間の間隔を維持することを更に含む。導電性プレート電極は第１及び第２容量を有する第１及び第２コンデンサーを形成する。
【００１７】
一実施形態において、各過渡流体に関連する圧力変化に応じてギャップ距離を変化させることは、各過渡流体に関連する圧力変化に応じて第１及び第２容量を変化させることを含む。
【００１８】
本発明の例示的な実施形態は、第１ダイヤフラムの撓みを第１ダイヤフラムに関連する第１容量に変換することと、第２ダイヤフラムの撓みを第２ダイヤフラムに関連する第２容量に変換することと、第１及び第２容量の変化を測定することと、第１及び第２過渡流体の差圧測定の電気信号表示を生成して出力する際に各第１及び第２過渡流体の共通モードの表示を除去することとを含む、２つの過渡流体の圧力を測定する方法である。第１ダイヤフラムは第１過渡流体の圧力の変化に応じて撓み、第２ダイヤフラムは第２過渡流体の圧力の変化に応じて撓む。
【００１９】
本発明の別の例示的な実施形態は、露出して第１過渡流体と圧力連通するように構成可能な第１容量性圧力変換器と、露出して第２過渡流体と圧力連通するように構成可能な第２容量性圧力変換器と、各過渡流体の圧力の変化に応じた第１及び第２容量性圧力変換器の静電容量の変化を測定するように構成された電子回路とを含み、電子回路は第１及び第２過渡流体の差圧測定の表示を出力するように構成される、差圧センサーである。第１圧力変換器は第１基板と一体化され、第２圧力変換器は第２基板と一体化されている。第１及び第２基板は、第１及び第２過渡流体の差圧測定の表示を生成する際に第１及び第２過渡流体のコモンモード圧力の表示を除去することを可能にするように配置されている。
【００２０】
一実施形態において、第１及び第２基板は共通基板の反対側の体積部分であるか或いは互いに直接的に又は中間基板又は構造を介して連結された別々の基板である。
【００２１】
別の実施形態において、電子回路は、第２容量性圧力変換器の測定信号から第１容量性圧力変換器の測定信号を差し引くように構成された微分器を含む。
【００２２】
更に別の実施形態において、電子回路は、第１過渡流体、第２過渡流体、又は両方の絶対圧力を表す少なくとも１つの信号を出力するように構成されている。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態は、第１及び第２過渡流体と、エンジンの動作特徴を制御するエンジン制御装置と、エンジン制御装置と電気通信する圧力変換器対を有するセンサーであって、第１及び第２過渡流体のコモンモードの表示なしで第１及び第２過渡流体の差圧を制御装置に出力するセンサーとを含む、内燃エンジンである。
【００２４】
一実施形態において、内燃エンジンは、吸気圧力と排気圧力とを有する排気ガス再循環バルブを更に含む。圧力変換器対は、吸気圧力と排気圧力の過渡流体圧力を測定し且つ測定された圧力をコモンモードの表示なしで制御装置に提供するように構成されている。
【００２５】
別の実施形態において、内燃エンジンは流入圧力及び流出圧力を有するディーゼル微粒子除去装置を更に含む。一対の圧力変換器が流入圧力及び流出圧力の過渡流体圧力を測定するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
前記のものは、添付の図面に示されている本発明の例示的な実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。添付の図面において、同様の符号は異なる図面にわたって同じ部分を指している。図面は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ本発明の実施形態を説明することに重点が置かれている。
【図１】図１Ａ及び１Ｂはそれぞれ、本発明の要素を有する両面圧力変換器の斜視図及び側面図である。
【図２】本発明の実施形態による図１Ａ及び１Ｂの両面圧力変換器を用いる圧力センサーのブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による図１Ａ及び１Ｂの両面圧力変換器を用いるディーゼル内燃エンジンの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の例示的な実施形態の説明は以下の通りである。
【００２８】
一実施形態において共通基板を共有する２つの容量検出素子に基づく差圧センサーが本明細書に記載されている。このような実施形態において、共通基板は検出素子のコストを低減し、パッケージングの複雑さを低減し、容量検出素子のダイヤフラム間の温度を一様にすることによってセンサーの熱安定性に役立つ。
【００２９】
また、差圧出力信号及び絶対圧力出力信号を提供するためにデュアル出力の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を利用することができる。２つの容量検出素子の配置に基づく差圧出力信号は、２つの容量検出素子によって変換された（コモンモードを取り除いた）圧力の差圧測定の表示を提供し、一方、絶対圧力出力信号は、容量検出素子の一方（又は両方）によって変換された（コモンモードを取り除いていない）圧力の絶対圧力測定の表示を同時に提供する。この機能は、絶対圧力を測定するための別個の検出素子の必要性を排除する。本明細書内の「取り除く」という用語は、代替的に除去する又は差し引くと称することができる。当技術分野で理解されるように、コモンモードの除去を達成するために使用することができる代替的なアナログ又はデジタル技術がある。その例は、コモンモードなしの表示を生成する際に、コモンモードの２つの表示を含む２つの電気信号を減算するものとして本明細書に示されている。
【００３０】
差圧センサーが、２つ（又はそれ以上）の圧力間の差を検出する。検出される圧力を作り出す媒質は、例えば、気体又は液体であることができ、本明細書では概して流体と称する。差圧センサーは、真の差圧センサーと二検出素子圧力センサーの２つに大別することができる。
【００３１】
真の差圧センサーは真の差動変換器を使用する。変換器の単一ダイヤフラムの各側に圧力が加えられ、単一ダイヤフラムは圧力差に比例して低圧側に撓む。ひずみゲージ測定又は静電容量測定の使用などによる適切な検出方法が、ダイヤフラムの撓みを測定するのに使用される。真の差動型センサーの利点は、大きなコモンモード圧力に耐える能力である。その主な欠点は、ダイヤフラムの撓みを測定するのに使用されるセンサー（すなわち、ひずみゲージ、容量電極など）が過酷且つ腐食性であり得る圧力媒質にさらされることである。この問題を克服する１つの方法は、油量と分離膜を用いて媒質からダイヤフラムを分離することによってダイヤフラムに圧力を伝達することである。しかしながら、この方法は、複雑さ、不正確さ、温度感受性、及びコストを追加する。
【００３２】
二検出素子圧力センサーは、圧力を別々に測定するために２つの別個の変換素子を利用する。測定された圧力の差は適切な電子回路を用いて計算され、この電子回路はセンサーがいくつかの計算を行うためにマイクロコントローラーを内蔵する場合には演算ユニットを使用することができる。二検出素子圧力センサーの方法の例示的な利点は、ダイヤフラムの撓みを測定するのに使用されるセンサー（例えば、容量性圧力変換器の容量性プレート）が圧力媒質にさらされず、過酷な環境に置かれたときのロバスト性が向上することである。
【００３３】
図１Ａ及び１Ｂはそれぞれ、本発明の実施形態による両面圧力変換器の斜視図及び側面図である。この例示的な実施形態は、第１圧力変換素子１０１ａを形成するために基板１２０の第１面に第１ダイヤフラム１１０ａを組み込み、第２圧力変換素子１０１ｂを形成するために基板１２０の第２（反対側）面に第２ダイヤフラム１１０ｂを配置する。２つの圧力変換素子１０１ａ、１０１ｂは同一であることができ、或いはダイヤフラム１１０ａ、１１０ｂの厚さ、ダイヤフラム１１０ａ、１１０ｂの直径、又は導電性プレート電極１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ、１４２ｂのデザインを変えることによって個別に異なる圧力要件に合わせることができる。
【００３４】
２つの面が同一基板２２０を共有しているが、それらは本質的に独立した変換素子であり、製造上の考慮事項のために同一又は個別の基板（図示せず）と一体化されることができる。後者の場合、個々の基板は、個々の圧力変換素子が組み立てられた後に共通の基板２２０を形成するように互いに背中合わせの配置に位置決めされるか、そうでなければ内燃エンジンの内壁などの機械的アセンブリの平らで堅い壁などの第３基板又は他の構造体又は構成要素を介して互いに連結される。
【００３５】
一実施形態において、各圧力変換素子１０１ａ、１０１ｂは、内部に検出コンデンサーを画定する容量変換素子である。検出コンデンサーは、関連する可撓性ダイヤフラム１１０ａ、１１０ｂの撓みに対応して静電容量を変えるように構成されている。ダイヤフラム１１０ａ、１１０ｂは、過渡又は静止流体と流体接触し且つ対応する流体によって加えられる圧力の変化に応じて撓むように個々に露出していることができる。
【００３６】
スペーサー１３０ａ、１３０ｂは、圧力変換素子１０１ａ、１０１ｂの内部キャビティ１２３ａ、１２３ｂ（図１Ｂ）を分離し、内部キャビティ内で平行な導電性プレートによって画定される検出コンデンサーを検出される環境内の流体及び他の物質への暴露から保護する。
【００３７】
図１Ｂは、図１Ａの両面容量性圧力変換器１００を示す。図１Ｂにおいて、２つの圧力変換素子１０１ａ、１０１ｂが基板１２０の反対側に示されている。第１圧力変換素子１０１ａは、リジッド基板１２０の第１面に取り付けられ、内部キャビティ１２３ａ内の小さなギャップによって基板１２０から分離された可撓性ダイヤフラム１１０ａを有する。内部キャビティ１２３ａとギャップは、ダイヤフラム１１０ａの内側表面を基板１２０の第１面に接着するスペーサー１３０ａによって形成されている。スペーサー１３０ａは、ダイヤフラム１１０ａを基板１２０に接合し、基板１２０の第１（上側）面に印刷された導電性プレート電極１４２ａと第１ダイヤフラム１１０ａの内側表面に印刷された導電性プレート電極１４１ａとの間にギャップを形成する。このスペーサー１３０ａは通常は、気密シールを生成するために高温で基板１２０と対応するダイヤフラム１１０ａに融合される、ガラスのような非導電材料である。電極リード１２１、１２２（図１Ａに示される）が基板１２０の第１面に組み込まれ、それぞれ導電性プレート電極１４１ａ、１４２ａに外部電気接続がなされることを可能にしている。これらの導電性プレート電極１４１ａ、１４２ａは、それらの間のギャップと共に、図１Ｂに示されるように第１圧力変換素子１０１ａの検出コンデンサーを形成する。
【００３８】
第２圧力変換素子１０１ｂは、リジッド基板１２０の反対側又は第２面に取り付けられ、対応する内部キャビティ１２３ｂ内の小さなギャップによって基板１２０から分離された可撓性ダイヤフラム１１０ｂを有する。ギャップは、ダイヤフラム１１０ｂの内側表面を基板１２０の第２（下側）面に接着するスペーサー１３０ｂによって形成されている。スペーサー１３０ｂは、ダイヤフラム１１０ｂを基板１２０に接合し、基板１２０の第２（下側）面に印刷された導電性プレート電極１４２ｂとダイヤフラム１１０ｂの内側表面に印刷された導電性プレート電極１４１ｂとの間にギャップを形成する。このスペーサー１３０ｂは通常は、気密シールを生成するために基板１２０と対応するダイヤフラム１１０ｂに高温で融合される、ガラスのような非導電材料である。電極リード（図示せず）が基板１２０の第２面に組み込まれ、導電性プレート電極１４１ｂ及び１４２ｂに外部電気接続がなされることを可能にしている。これらの導電性プレート１４１ｂ、１４２ｂは、それらの間のギャップと共に、図１Ｂに示されるように第２圧力変換素子１０１ｂの検出コンデンサーを形成する。
【００３９】
図１Ａ及び１Ｂは、撓み面（すなわち、ダイヤフラム１１０ａ、１１０ｂ）に対する共通の垂直軸に沿って互いに外側に向けられていると本明細書に記載されてもいる、互いに平行な平面としてダイヤフラム１１０ａ、１１０ｂを示している。代替的な実施形態において、ダイヤフラム１１０ａ、１１０ｂは、両者が同一方向に（すなわち、互いに対して時計回り及び反時計回りの回転で）、例えば±５度、±１０度、±３０度などの角度量、又はコモンモード圧力の検出と変換器によって検出される圧力の差の表示を生成する際の同コモンモード圧力の表示の除去とを可能にし続ける他の角度だけ傾斜するなど、非平行であることができる。
【００４０】
容量変換素子２０１ａ、２０１ｂの容量値Ｃは一般的に、ピコファラッド（１０−１２Ｆ）で測定され、次式で与えられる。
【数１】
0006379205.tif 000002
ここで、εはギャップ内の媒質（通常は空気）の誘電率、Ａは電極の面積、ｄは導電性プレート電極間の距離又はギャップである。ダイヤフラム１１０ａ、１１０ｂが圧力下で撓むにつれて、対応するギャップｄが減少し、静電容量の増加をもたらす。一般的に、信号調整回路が、静電容量を加えられた圧力に比例するように修正された電圧又はデジタル信号に変換する。また、基準導電性プレート電極を、その値が圧力で変化しないように基板の片側に且つダイヤフラムの一方の周辺付近に追加してもよい。この基準導電性プレート電極は、ガラススペーサーの熱膨張のような温度の影響を補償するのに使用されることができる。簡単にするために、基準導電性プレート電極は、図１Ａ及び１Ｂに明示的に示されていない。
【００４１】
図２は、本発明の実施形態による図１Ａ及び１Ｂの両面圧力変換器を用いる圧力センサーのブロック図である。２つの圧力変換器２０１ａ、２０１ｂは、図１Ａ及び１Ｂに示される両面変換素子の個々の圧力変換器である。
【００４２】
図２を参照すると、圧力センサー２００は、２つのセンサー入力ポート２２２ａ、２２２ｂと２つのセンサー出力ポート２８０、２７０とを提供する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）２６０を特徴とする。入力及び出力ポートは、アナログ又はデジタル信号を支持することができる。
【００４３】
圧力センサー２００は、ＡＳＩＣ２６０の２つの入力ポート２２２ａ、２２２ｂに接続された２つの圧力変換器２０１ａ、２０１ｂを有する。ＡＳＩＣ２６０は、信号減算部２６５からの１つの専用の差動出力ポート２７０と、圧力変換器２０１ａ、２０１ｂの一方に対応する信号調整器２６１ａ、２６１ｂの一方からの絶対圧力出力ポート２８０とを有する。２つの圧力変換器２０１ａ、２０１ｂの一方に対応する絶対圧力出力は、２つの変換器間の差圧と共に、差圧出力の符号に応じて絶対圧力出力から差動出力を加算又は減算することによってコモンモード圧力（すなわち、圧力センサー２００の両方の圧力変換器２０１ａ、２０１ｂに加えられる共通圧力）が計算されることを可能にする。
【００４４】
図２を理解する別の方法は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）２６０又は回路の他の形態（図示せず）と電気通信する第１及び第２容量性圧力変換器２０１ａ、２０１ｂを考慮することである。容量性圧力変換器２０１ａ、２０１ｂは、それらの各ダイヤフラムの撓みを、各検出コンデンサー２０２ａ、２０２ｂに関連する静電容量の関数として各電気信号２２２ａ、２２２ｂに変換する。容量性圧力変換器２０１ａ、２０１ｂのダイヤフラムは、各過渡流体の圧力の変化に応じて撓み、それらの各検出コンデンサー２０２ａ、２０２ｂにおいて対応する静電容量の変化を引き起こす。ＡＳＩＣ２６０は、容量性圧力変換器２０１ａ、２０１ｂの検出コンデンサー２０２ａ、２０２ｂに励磁信号２２１ａ、２２１ｂ（すなわち、時間的に変化する電圧）を通電し、容量性圧力変換器２０１ａ、２０１ｂの検出コンデンサー２０２ａ、２０２ｂによって変調された各電気信号２２２ａ、２２２ｂを受信する。
【００４５】
信号調整器２６１ａ、２６１ｂ（例えば、前置増幅器又は増幅器）が、例えばノイズ又は干渉を低減し或いは信号強度を高めることによって更なる増幅又は処理のために電気信号２２２ａ、２２２ｂを準備する。信号調整器２６１ａ、２６１ｂは、調整された信号２２３ａ、２２３ｂから圧力変換器２０１ａ、２０１ｂによって変換されたコモンモード圧力を表す電圧又は電流を拒否し且つ差動出力信号２７０を生成するように構成された減算回路（例えば、全差動増幅器）に調整された信号２２３ａ、２２３ｂを出力する。差動出力信号２７０は、調整された信号２２３ａ、２２３ｂ間の電圧差を表す。このように、差動出力信号２７０は、容量性圧力変換器２０１ａ、２０１ｂ間の圧力差の表示である。調整された信号２２３ａ、２２３ｂの一方又は両方が、容量性圧力変換器２０１ａ、２０１ｂの一方又は両方の絶対圧力を表す非差動出力信号２８０として出力されることができる。
【００４６】
図３は、本発明の実施形態による図１Ａ及び１Ｂの両面圧力変換器を用いる内燃ディーゼルエンジン３００の図である。ディーゼルエンジン３００において、本発明の実施形態を有する両面差圧センサー３０１−１からの差動信号３１１が、排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブ３０１を横切る圧力差を測定するのに使用されている。また、本発明の特徴は、両面差圧センサー３０１−１がスロットル本体３０２の下流側の吸気圧を有する絶対信号３１２を供給することを可能にする。圧力信号３１１、３１２は、ＥＧＲバルブ３０１及びスロットル本体３０２との電気通信を制御する際にエンジン制御装置３９９に供給される。従来技術の構成は現在のところ、マニホルド絶対圧力（ＭＡＰ）を測定するのに別個の圧力センサーを必要とする。図２に詳細に示される本発明のデュアル出力センサーは、ＥＧＲバルブ３９０を横切る差圧信号３１１と吸気マニホルド３２３内の流体３０３の絶対圧力信号３１２の両方を供給することによって、従来技術の２つの独立したセンサーのＥＧＲシステムに取って代わり、その結果エンジン管理システムのコストと複雑さを低下させることができる。
【００４７】
セラミックダイヤフラムの使用は、ダイヤフラムを保護するのに圧力伝達流体、例えば油を必要とせずに、両面差圧センサー３１０の両方の変換器が吸気マニホルド３２３内の流体３０３及び排気マニホルド３２４内の流体３０４と直接圧力連通することを可能にする。セラミック材料は、腐食環境での化学的侵食及びそれらの高い動作温度範囲に耐えるセラミックの能力によって、シリコーン又は金属よりも厳しい環境に耐える。非セラミックダイヤフラムを用いる同様のセンサーは、一般に内燃エンジンで見られる環境からの保護を必要とする場合がある。
【００４８】
第２の両面差圧センサー３０１−２が、図３のディーゼルエンジン３００において微粒子排気フィルタ３０５を横切る圧力を測定するのに使用されている。第２圧力センサー３０１−２は、差圧出力信号３２１と絶対圧出力信号３２２をエンジン制御装置３９９に供給する。差圧出力信号３２１は、上記のようにコモンモード圧力の表示を含んでいない。
【００４９】
本発明の実施形態は、様々な種類の差圧の用途に、特にコモンモード圧力の測定値も必要とされ又は取り去る対象であるものに適用される。差圧変換器を用いるシステムの例は、自動車、航空宇宙、産業、及び医療システムを含む。
【００５０】
本発明を特にその例示的な実施形態を参照して示し且つ説明してきたが、添付の特許請求の範囲に含まれる本発明の範囲から逸脱することなく形態及び詳細における様々な変更をなし得ることが当業者に理解されるであろう。
【図１Ａ】
0006379205.tif 000003
【図１Ｂ】
0006379205.tif 000004
【図２】
0006379205.tif 000005
【図３】
0006379205.tif 000006