(57)【要約】差圧センサにおいて、測定値は、公称圧力NPの助けを使用して補正する。これにより、差圧センサの本体の変形、および膜の材料の硬さの変化のために生じる測定値への影響が低減される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の膜床(22a)を有する第１のセラミック本体(20a)と、
第２の膜床(22b)を有する第２のセラミック本体(20b)と、
該２つの本体(20a, 20b)の間に配置され、前記２つの相対する膜床(22a, 22b)を互いに分離する膜(30)と、
前記膜床(22a)上の１つの電極および前記膜(30)上の１つの電極として存在する第１の電極対(40a, 40b)を有する、第１の測定信号S1を生成する第１の測定コンデンサK１と、
前記膜床(22b)上の１つの電極および前記膜(30)上の１つの電極として存在する第２の電極対(41a, 41b)を有する、第２の測定信号S2を生成する第２の測定コンデンサK2と、
前記測定信号S1及びS2から前記２つの測定コンデンサK１およびK2の容量CK1およびCK2を決定し、圧力差DPの値に実質的に正比例し、かつ公称圧力NPに依存する信号SIG1 = 1/CK1 - 1/CK2 を生成し、公称圧力NPの値に正比例する信号SIG2 = 1/CK1 + 1/CK2 を生成する電子回路とを備え、
公称圧力NPへの測定値DPの依存が前記信号SIG2の助けによって補正される差圧センサ。
【請求項２】
前記公称圧力NPが多項式によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の差圧センサ。
【請求項３】
前記多項式が NP = C0 + C1*SIG1 + C2*SIG12 + C3*SIG2 で表されることを特徴とする請求項２に記載の差圧センサ。
【請求項４】
前記圧力差DPが、式 DP = C4 + C5*SIG1 + C6*SIG1*NP + C7*NP で決定されることを特徴とする請求項３に記載の差圧センサ。
【請求項５】
セラミック製であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の差圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量型差圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
差圧センサは、処理の自動化に使用されることが多く、液体、気体または蒸気の形態の処理媒体の差圧を測定する。
また、差圧センサはセラミック膜によって分離された２つのセラミック本体によって構成される。各本体には膜によって完全に覆われた膜床（membrane bed）とも呼ばれる浅い凹部が備えられる。
【０００３】
膜床と膜とは、原則として圧力伝達媒体のシリコーンオイルを満たした測定室と処理媒体とを区切る。圧力室は、場合に応じて気体または液体で密封される。このために、膜および本体の接続部の製造にかなりの費用が必要となる。
【０００４】
各膜床および膜両側には、電極が配置される。電極は、通常、スパッタ、蒸着、または、例えばUS-A 5,050,035に記述するシルクスクリーンで形成される。これらの４つの電極は、差圧の判定の評価に使用される測定信号を備える測定コンデンサを、対形式で構成する。
【０００５】
膜の両側に異なる圧力が加えられた場合には、膜は変形する。この場合には、膜床電極から２つの膜電極までの間隔に変化が生じ、従って、測定コンデンサの容量が変化する。測定コンデンサの容量変化によって、膜に現れる圧力差を測定する。測定信号は、４つの電極に接続された計測電子回路を用いて計測される。
【０００６】
圧力差が等しく公称圧力（nominal pressure）が異なる場合、差圧センサは異なる測定値を出力することが分っている。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の目的は、公称圧力に依存しない測定値を生成するセラミック差圧センサを簡単および経済的に実現することである。
この目的は、以下の差圧センサによって解決される。すなわち、この差圧センサは、
第１の膜床を備える第１のセラミック本体と；
第２の膜床を備える第２のセラミック本体と；
該２つの本体の間に配置され、前記２つの相対する膜床を互いに分離する膜と；
前記膜床上の１つの電極および前記膜上の１つの電極として存在する第１の電極対を有する、第１の測定信号S1を生成する第１の測定コンデンサK１と；
前記膜床上の１つの電極および前記膜上の１つの電極として存在する第２の電極対を有する、第２の測定信号S2を生成する第２の測定コンデンサK2と；
前記２つの測定信号S1及びS2から前記２つの測定コンデンサK１およびK2の容量CK1およびCK2を決定し、圧力差DPの値に実質的に正比例し、かつ公称圧力NPに依存する信号SIG1 = 1/CK1 - 1/CK2 を生成し、公称圧力NPの値に正比例する信号SIG2 = 1/CK1 + 1/CK2 を生成する電子回路とを備え、
公称圧力NPへの測定値DPの依存が前記信号SIG2の助けによって補正されるようにしたものである。
【０００８】
前記公称圧力NPは、多項式を用いて決定されるのが望ましい。
この多項式は、次の通りに表すのが望ましい。
NP = C0 + C1*SIG1 + C2*SIG12 + C3*SIG2
また、圧力差DPは、上記決定した公称圧力NPを含む多項式を使用して決定するのが望ましい。
【０００９】
この多項式は、次の通り表すのが望ましい。
DP = C4 + C5*SIG1 + C6*SIG1*NP + C7*NP
本発明の本質的概念は、圧力差DPの値を公称圧力NPの助けによって補正すること、すなわち公称圧力に対する測定値の依存を最小に抑えることである。この手順では、公称圧力NP及び圧力差DPは、同一のセンサで測定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を、実施例に基いてさらに詳細に説明する。
図１は、差圧センサ10の断面の模式図である。センサは、２つの筒型の本体20a及び20b、及び円形の膜30で構成される。膜30は、２つの本体20a及び20b間に配置され、各本体20a及び20bの膜床22a及び22bを覆っている。膜30と本体20a及び20bとの接続部は、連結部Fに沿って配置される。
【００１１】
本体20及び膜30は、例えば酸化アルミ等のセラミック材で作成される。気体または液体の連結部密封材としては、活性ロウ付け合成物（active brazing compound）を使用することができ、真空状態で温度約900(で製造される。連結状態では、膜30は、本体20a及び20bと共に、ほとんど圧縮されない液体、例えば、シリコーンオイルを満たした圧力室40及び41を形成する。圧力差が膜全体にゼロである場合には、同じ公称圧力が各圧力室40及び41に存在する。各圧力室40及び41には、それぞれの管42a及び42bを通じて圧力が加えられる。
【００１２】
膜30の各面32aおよび32bには、それぞれの電極40a及び41aが配置され、それらに対応する対向電極40b及び41bが、それに一致する膜床22a及び22b上にある。これらの電極は、例えば、スパッタ、蒸着、または、シルクスクリーンによって形成される。電極40a及び40bは、それに一致する膜床22a及び22bを実質的に覆う構成であるが、必ずしも完全に覆う構成でなくてもよい。電極対40a及び40b、電極対41a及び41bのそれぞれは、容量が電極間隔に依存する測定コンデンサK１およびK2を構成する。
【００１３】
電極間隔は、実質的に現在の圧力差によって決まる。
電極40a及び40bの層の厚さは、図示の便宜上、拡大表示してある。電極40a及び40bは、導体60a及び60bを通じて電子回路70と接続される。圧力差DPを決定する測定コンデンサK１およびK2の測定信号S1及びS2を計測するための基本的な電子回路は、従来技術として知られているため、ここでは詳細説明を省略する。
【００１４】
図２は、圧力室40及び41内の公称圧力NPによって変形した差圧センサ10を示す。この変形は、図示を分り易くするために誇張して示してある。鎖線は、公称圧力がゼロのときの差圧センサ10の輪郭を示す。
【００１５】
差圧センサ10の内部の圧力（公称圧力NP）が増加すると、膜床22a及び22bは、状況に応じて上下に膨らむ。この結果、差圧センサ10における、その側面SF1およびSF2での膜30の領域が圧縮される。
【００１６】
膜30の領域の上記圧縮力が変化すると、膜の保持位置が変化するため、膜30の硬さも同様に変化する。公称圧力NPは、膜材料30の硬さに対して別の影響も与える。すなわち、比較的強い圧力が膜の両面にかかると、それより小さい公称圧力NPの場合よりも、圧力差によって生じる膜30の変位が小さくなる。この２つの効果は互いに逆に作用する。
【００１７】
図３は、図１の差圧センサの動作の基本原理を示す。説明を簡略化するために、特殊な形の膜床は示さないものとする。その代わり、電極対40a及び40b、電極対41a及び41bの各々には、一定の間隔を与える。第１の測定コンデンサK１は、図の上部に相当し、第２の測定コンデンサK２は、図の下部に相当する。電極対40a及び40bの電極間隔はｄ１であり、電極対41a及び41bの電極間隔はｄ２である。測定コンデンサK１およびK2の容量CK1およびCK2は、各々対応する間隔ｄ１、ｄ２に依存する。計測回路70は、これらの容量を使用して実際のセンサ信号を生成する。
【００１８】
容量CK1およびCK2の２つの逆数の差から、信号SIG1 = 1/CK1 - 1/CK2 が生成される。信号SIG1は圧力差DPにほぼ正比例する。ただし、これは、公称圧力NPの影響下にある膜30の上記硬さの変化に依存する。
【００１９】
このため、圧力差DPは、現在の公称圧力NPの関数として補正しなければならない。公称圧力NPは、容量CK1およびCK2の２つの逆数の合計に、すなわち、信号SIG2 = 1/CK1 + 1/CK2に実質的に正比例する。すなわち、公称圧力NPは、２つの間隔d1およびd2の合計に実質的に正比例し、かつ膜のゆがみや硬さには依存しない。
【００２０】
公称圧力NPは、信号SIG1をも考慮した、すなわち、圧力差の影響をも考慮した多項式を使用して決定するのが望ましい。この多項式は、例えば、NP = C0 + C1*SIG1 + C2*SIG12 + C3*SIG2 で表される。
【００２１】
また、圧力差DPは、その後、公称圧力NPを含む多項式を使用して決定するのが望ましい。この多項式は、例えば、DP = C4 + C5*SIG1 + C6*SIG1*NP + C7*NP  で表される。
上記の数値C１−C17は、どの数式の中でも定数である。
【００２２】
本発明は、セラミック圧力センサに限定されるものではなく、他の材料、例えばシリコン等を使用してもよい。本発明は、また、膜床を備えた差圧センサに限定されるものでもない。
【００２３】
本発明の本質的概念は、圧力差DPの値を公称圧力NPの助けによって補正すること、すなわち公称圧力に対する差圧センサの測定値の依存を最小に抑えることである。この手順では、公称圧力NP及び圧力差DPは、同一のセンサで測定される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】容量型圧力センサの概略断面図である。
【図２】公称圧力の影響で変形した、図１の差圧センサの断面図である。
【図３】差圧センサの機能を説明する概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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