(57)【要約】【課題】簡易な構成にて温度及び圧力の２種の物理量を検出し、出力できる圧力センサを提供する。【解決手段】圧力センサ１０は、被検出流体の圧力を検出して１次圧力信号を出力する圧力検出素子５０と、圧力検出素子５０の周囲温度を検出して温度信号を出力する温度検出素子５５とを有し、圧力検出素子５０からの１次圧力信号と、温度検出素子５５からの温度信号と、に基づき、被検出流体についての温度補償された２次圧力信号を生成するように構成されている。  さらに、２次圧力信号を外部に出力する圧力信号出力端子６１と、記温度信号を外部に出力する温度信号出力端子６２とが設けられている。【選択図】図４
2007093528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出流体の圧力を検出して１次圧力信号を出力する圧力検出素子と、
前記圧力検出素子の周囲温度を検出して温度信号を出力する温度検出素子と、
前記圧力検出素子からの前記１次圧力信号と、前記温度検出素子からの前記温度信号と、に基づき、前記被検出流体についての温度補償された２次圧力信号を生成する生成手段と、
前記２次圧力信号を外部に出力する圧力信号出力手段と、
前記温度信号を外部に出力する温度信号出力手段と、
を備えたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記圧力検出素子は、ダイヤフラム部を有する基板を有してなり、
前記温度検出素子は、前記基板上又は前記基板近傍に設置されており、
前記圧力検出素子と前記温度検出素子とがワンパッケージ化されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記圧力検出素子は、前記ダイヤフラム部において薄膜状に配され、変形に応じて抵抗値が変化する抵抗素子を有し、
前記温度検出素子は、前記基板において薄膜状に配されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記２次圧力信号に対応する圧力値と、前記温度信号に対応する温度値とを表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記被検出流体の上限圧力及び下限圧力の少なくともいずれかが定められており、
前記１次圧力信号と、前記温度信号とに基づき、前記２次圧力信号が、前記上限圧力及び前記下限圧力の少なくともいずれかに達したか否かを判断する第１判断手段と、
前記被検出流体の圧力が、前記上限圧力及び前記下限圧力の少なくともいずれかに達した場合に圧力異常状態と判断し、報知を行う圧力異常報知手段と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記被検出流体の上限温度及び下限温度の少なくともいずれかが定められており、
前記温度信号が、前記上限温度及び前記下限温度の少なくともいずれかに達したか否かを判断する第２判断手段と、
前記被検出流体の温度が、前記上限温度及び前記下限温度の少なくともいずれかに達した場合に、温度異常状態と判断し、報知を行う温度異常報知手段と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流体の圧力を検出する圧力検出素子を備えた圧力センサが提供されている。このような圧力センサとしては、例えば、圧力によって変形可能なダイヤフラム部を備えた基板を有し、その基板にて生成される圧力信号を外部に出力するようにした構成が広く用いられている。
【特許文献１】特開２００１−１７４３５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、被検出対象となる流体は、圧力だけでなく温度も測定したい場合も多くある。このような要請を満たそうとした場合、圧力センサと温度センサとを両方設け、それぞれから圧力信号と温度信号を取得する方法を用いるのが一般的である。しかしながら、このように２種のセンサを用いようとすると、部品数が多くなり、コスト高騰も招きやすい。また、検出部が大型化してしまうという問題もある。
【０００４】
一方、圧力検出素子と温度検出素子とを備えたセンサとして例えば特許文献１のようなものが提供されている。この特許文献１のセンサは、ダイヤフラム部を有するシリコン基板と、その基板上に配される温度検出素子とを備え、圧力信号と温度信号とが生成可能となっている。しかしながら、特許文献１に代表される従来の構成は、温度センサからの温度信号を、圧力値を温度補償するために用いており、圧力信号を温度信号とを共に出力できるようなものは提供されていなかった。
【０００５】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、簡易な構成にて温度及び圧力の２種の物理量を検出し、出力できる圧力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、
被検出流体の圧力を検出して１次圧力信号を出力する圧力検出素子と、
前記圧力検出素子の周囲温度を検出して温度信号を出力する温度検出素子と、
前記圧力検出素子からの前記１次圧力信号と、前記温度検出素子からの前記温度信号と、に基づき、前記被検出流体についての温度補償された２次圧力信号を生成する生成手段と、
前記２次圧力信号を外部に出力する圧力信号出力手段と、
前記温度信号を外部に出力する温度信号出力手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力検出素子は、ダイヤフラム部を有する基板を有してなり、
前記温度検出素子は、前記基板上又は前記基板近傍に設置されており、
前記圧力検出素子と前記温度検出素子とがワンパッケージ化されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力検出素子は、前記ダイヤフラム部において薄膜状に配され、変形に応じて抵抗値が変化する抵抗素子を有し、
前記温度検出素子は、前記基板において薄膜状に配されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧力センサにおいて、
前記２次圧力信号に対応する圧力値と、前記温度信号に対応する温度値とを表示する表示手段を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧力センサにおいて、
記被検出流体の上限圧力及び下限圧力の少なくともいずれかが定められており、
前記１次圧力信号と、前記温度信号とに基づき、前記２次圧力信号が、前記上限圧力及び前記下限圧力の少なくともいずれかに達したか否かを判断する第１判断手段と、
前記被検出流体の圧力が、前記上限圧力及び前記下限圧力の少なくともいずれかに達した場合に圧力異常状態と判断し、報知を行う圧力異常報知手段と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の圧力センサにおいて、
前記被検出流体の上限温度及び下限温度の少なくともいずれかが定められており、
前記温度信号が、前記上限温度及び前記下限温度の少なくともいずれかに達したか否かを判断する第２判断手段と、
前記被検出流体の温度が、前記上限温度及び前記下限温度の少なくともいずれかに達した場合に、温度異常状態と判断し、報知を行う温度異常報知手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
＜請求項１の発明＞
請求項１の発明によれば、被検出流体の圧力について、温度を考慮して検出できるようになるため、精度高い圧力検出が可能となる。また、温度補償に用いる温度信号を、外部に出力できるように構成されているため、簡易な構成にて温度及び圧力の２種の物理量を検出、出力できることとなる。
【００１３】
＜請求項２の発明＞
請求項２の発明によれば、２種の物理量を検出可能としつつ、センサをよりコンパクトにしうる好適例となる。
【００１４】
＜請求項３の発明＞
請求項３の発明によれば、圧力検出素子及び温度検出素子がより一層コンパクトになり、装置の小型化を好適に実現できる。
【００１５】
＜請求項４の発明＞
請求項４の発明によれば、簡易な構成にて温度及び圧力の２種の物理量を検出可能としつつ、温度及び圧力の値をわかりやすく知らしめることができる。
【００１６】
＜請求項５の発明＞
請求項５の発明によれば、２種の物理量を検出可能としつつ、圧力異常を報知する機能をも付加することができるため、高機能化を好適に実現できる。
【００１７】
＜請求項６の発明＞
請求項６の発明によれば、２種の物理量を検出可能としつつ、温度異常を報知する機能をも付加することができるため、高機能化を好適に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図面を参照して説明する。
図１は、実施形態１に係る圧力センサを例示する斜視図であり、図２は、圧力検出ユニットを概念的に説明する説明図である。
本実施形態に係る圧力センサ１０は例えば、真空成形を行う際に、キャビティ内の真空度を測定するために使用されるものである。図１に示すように、圧力センサ１０は前後に長い箱型のセンサ本体部２０を備えている。センサ本体部２０の前部には、入力操作を行い、測定結果を表示するための前面パネル３０が設けられている。
【００１９】
一方、後部側には電源ラインを接続するための電線接続部２０Ａと圧力導入ポート２０Ｂが並んで配置されている。圧力導入ポート２０Ｂには、キャビティ内の内圧が取り込まれるようになっている。なお、ここでは、空気を被検出流体としている。
【００２０】
図２に示すように、圧力導入ポート２０Ｂと連通して、圧力検出素子５０が設けられている。この圧力検出素子５０は、ダイヤフラム部５１ａを有するシリコン基板５１と、ダイヤフラム部５１ａに上に配される抵抗素子５２とを有している。抵抗素子５２は、変形可能に構成されると共に、自身の変形に応じて抵抗値が変化するものであり、この抵抗値に応じた出力が処理回路７０に与えられるようになっている。抵抗素子５２から処理回路７０に与えられる出力が１次圧力信号に相当する。
【００２１】
温度検出素子５５は、サーミスタによって構成されており、圧力検出素子５０の周囲温度を検出して温度信号を出力する構成をなしている。なお、本実施形態では、圧力検出素子５０と温度検出素子５５とが、圧力検出ユニット１５としてワンパッケージ化されている。
【００２２】
処理回路７０は、抵抗値に応じた信号を増幅する第１増幅回路、温度信号を増幅する第２増幅回路を含んで構成されており、１次圧力信号に対応した圧力アナログ信号と、温度信号に対応した温度アナログ信号とを出力するように構成されている。
【００２３】
本実施形態では、このような構成を前提として、後述するＣＰＵの処理により、圧力検出素子５０からの１次圧力信号と、温度検出素子５５からの温度信号と、に基づき、被検出流体についての温度補償された２次圧力信号を生成するようになっている。そして、その生成された２次圧力信号を外部に出力すると共に、その一方で、温度信号を外部に出力するように構成されている。１次圧力信号についての温度補償は、例えば、１次圧力信号と温度信号とをパラメータとする演算式によって行ってもよく、１次圧力信号と温度信号に基づいて２次圧力信号が定まるテーブルなどを用いて行ってもよい。
【００２４】
即ち、本実施形態に係る圧力センサ１０は、被検出流体の圧力について、温度を考慮して検出できるように構成され、精度高い圧力検出を可能とし、その一方で、温度補償に用いる温度信号を、外部に出力できるようにしている。これにより、簡易な構成にて温度及び圧力の２種の物理量を検出できるようになっている。以下、具体的構成について詳述する。
【００２５】
図３は、圧力センサの全体構成を概念的に説明する説明図であり、図４は、圧力センサの電気的構成を示すブロック図である。
図３、図４に示すように、圧力センサ１０は、電源ライン７１、圧力アナログ信号出力ライン７２、温度アナログ信号出力ライン７３、グランドライン７４を介して圧力検出ユニット１５と接続される制御基板８０が設けられている。
【００２６】
この制御基板８０には、ＣＰＵ２２とメモリ２３とが接続されている。なお、図３、図４では、図示は省略しているが、処理回路７０とＣＰＵ２２の間にはＡ／Ｄ変換回路を設けることができる。
【００２７】
制御基板８０には、ＣＰＵ２２と接続される各端子６０〜６５が設けられている。端子６０は、電源ライン端子であり、外部装置から電圧が印加される端子である。端子６５は、グランドライン端子であり、外部のグランドラインに接続されてグランドレベルに保たれる端子である。端子６１は、被検出流体についての温度補償された２次圧力信号を外部に出力する端子である。また、端子６２は、温度検出素子５５からの温度信号に基づく２次温度信号（温度信号と同じ信号でもよく、温度信号に対応した信号でもよい）を外部に出力する端子である。また、端子６３は、後述する圧力異常信号を外部に出力する端子である。端子６４は、後述する温度異常信号を外部に出力する端子である。
【００２８】
また、２次圧力信号に対応する圧力値を表示する７セグメント形式のＬＥＤ表示部を有する圧力表示部３１ａと、温度信号に対応する温度値を表示する、同じく７セグメント形式のＬＥＤ表示部を有する温度表示部３１ｂとが設けられている。これら圧力表示部３１ａ、温度表示部３１ｂによって、表示手段に相当する表示部３１が構成されている。この表示部３１は、ＣＰＵ２２の処理により表示制御されるようになっている。
【００２９】
また、本実施形態では、被検出流体の上限圧力が定められており、１次圧力信号と、温度信号とに基づき、ＣＰＵ２２の処理により、被検出流体の圧力が、上限圧力に達したか否かを判断するようにしている。ＣＰＵ２２は、このような判断を行う第１判断手段に相当する。そして、この処理により被検出流体の圧力が、上限圧に達したと判断された場合には、ＣＰＵ２２から圧力異常信号出力端子６１を介して圧力異常信号が出力されるようになっている。本実施形態では、ＣＰＵ２２と圧力異常信号出力端子６１とが、圧力異常報知手段に相当する。なお、上記判断に用いる上限圧力の値は、予めメモリ２３に記憶しておくことができる。
【００３０】
被検出流体の上限温度が定められており、温度信号に基づき、ＣＰＵ２２の処理により、被検出流体の温度が、上限温度に達したか否かを判断するようにしている。ＣＰＵ２２は、このような判断を行う第２判断手段に相当する。そして、この処理により被検出流体の温度が、上限温度に達したと判断された場合に、ＣＰＵ２２から、温度異常信号出力端子６２を介して温度異常信号が出力されるようになっている。本実施形態では、ＣＰＵ２２と温度異常信号出力端子６２とが、温度異常報知手段に相当する。なお、上記判断に用いる上限温度の値は、予めメモリ２３に記憶しておくことができる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、空気を被検出流体とする例を示した、水素を被検出流体としてもよい。即ち、圧力検出素子５０は、水素を被検出流体として第１圧力信号を出力するように構成してもよい。例えば、圧力センサ１０を、燃料電池における圧力検出に用いられる燃料電池用圧力センサとして構成し、圧力検出素子５０を、燃料電池における改質反応を生じさせる改質部の圧力に基づいて１次圧力信号を出力するように構成すると共に、補償温度検出素子５５を、改質部の温度を検出して温度信号を出力するように構成してもよい。
【００３２】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３３】
（１）上記実施形態では、燃料電池の圧力を検出するセンサとして用いる例やキャビティ内の真空度の測定に用いる例を示したが、適用対象はこれに限定されない。例えば、貯蔵タンクや滅菌装置の圧力測定などを適用対象としてもよい。
（２）上記実施形態では、温度検出素子５５を基板５１上に配置したが、基板５１の近傍に配置してもよい。
（３）本実施形態では、被検出流体の圧力が上限圧力に達した場合に報知を行う例を示したが、被検出流体の圧力が下限圧力に達した場合に報知を行うようにしてもよい。即ち、被検出流体の下限圧力を予め定め、１次圧力信号と、温度信号とに基づき、被検出流体の圧力が、下限圧力に達したか否かを判断し、被検出流体の圧力が、下限圧力に達したと判断された場合に報知を行うようにしてもよい。
また、両方であってもよい。即ち、被検出流体の圧力が上限圧力又は下限圧力に達した場合に報知を行うようにしてもよい。即ち、被検出流体の上限圧力及び下限圧力をそれぞれ予め定めておき、１次圧力信号と、温度信号とに基づき、被検出流体の圧力が、上限圧力又は下限圧力に達したか否かを判断し、被検出流体の圧力が、上限圧力に達した場合には上限圧力に達したことを示す異常信号を、下限圧力に達したときは下限圧力に達したことを示す異常信号をそれぞれ出力するようにしてもよい。
（４）本実施形態では、被検出流体の温度が上限温度に達した場合に報知を行う例を示したが、被検出流体の温度が下限温度に達した場合に報知を行うようにしてもよい。即ち、被検出流体の下限温度を予め定め、温度信号に基づき、被検出流体の温度が、下限温度に達したか否かを判断し、被検出流体の温度が、下限温度に達したと判断された場合に報知を行うようにしてもよい。
また、両方であってもよい。即ち、被検出流体の温度が上限温度又は下限温度に達した場合に報知を行うようにしてもよい。即ち、被検出流体の上限温度及び下限温度をそれぞれ予め定めておき、温度信号に基づき、被検出流体の温度が、上限温度又は下限温度に達したか否かを判断し、被検出流体の温度が、上限温度に達した場合には上限温度に達したことを示す異常信号を、下限温度に達したときは下限温度に達したことを示す異常信号をそれぞれ出力するようにしてもよい。
（５）上記実施形態では、ＬＥＤ表示部によって圧力表示部及び温度表示部を構成したが、圧力値及び温度値を表示可能な構成であればこれに限定されない。例えば、ＬＣＤ表示部によって圧力表示部及び温度表示部を構成してもよい。
（６）上記実施形態では、圧力検出ユニット１５と、制御基板８０及び表示部が一体的に構成された例を示したが、圧力検出ユニット１５を制御基板８０と別体に構成してもよい。一例としては、制御基板８０と表示部３１とをアンプユニットとして一体的に構成し、これに対し、電源ライン７１、圧力アナログ信号出力ライン７２、温度アナログ信号出力ライン７３、グランドライン７４を有するケーブルを介して圧力検出ユニット１５を接続するような構成が挙げられる。
（７）圧力検出ユニット１５の構成は、図２の構成に代えて図５のようにしてもよい。
図５の例では、圧力検出素子５０は、ダイヤフラム部５１ａを有する基板５１と、ダイヤフラム部５１ａにおいて薄膜状に配され、変形に応じて抵抗値が変化する抵抗素子５２を有し、この抵抗素子５２によってブリッジ回路が構成され、このブリッジ回路から第１圧力信号が出力されるようになっている。また、温度検出素子５５は、基板５１上において薄膜状に配されている。基板５１はシリコン基板としてもよく、金属製基板としてもよいが、金属製基板とした場合、抵抗素子５２及び温度検出素子５５と基板５１との間に絶縁膜を介在させることてこれらを絶縁状態とすることができる。本実施形態では、圧力検出素子５０と温度検出素子５５とがパッケージ化されており、そのパッケージ化された部分の外部に処理回路７０が設けられている。なお、図５では、パッケージ化された部分を一点鎖線にて示している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態１に係る圧力センサを例示する斜視図
【図２】圧力検出ユニットを概念的に説明する説明図
【図３】圧力センサの全体構成を概念的に説明する説明図
【図４】圧力センサの電気的構成を示すブロック図
【図５】図２の変形例を示す図
【符号の説明】
【００３５】
１０…圧力センサ
２２…ＣＰＵ（生成手段、圧力信号出力手段、温度信号出力手段、第１判断手段、第２判断手段、圧力異常報知手段、温度異常報知手段）
３１…圧力表示部（表示手段）
３２…温度表示部（表示手段）
５０…圧力検出素子
５１…基板
５５…温度検出素子
６１…圧力信号出力端子（圧力信号出力手段）
６２…温度信号出力端子（温度信号出力手段）
６３…圧力異常信号出力端子（圧力異常報知手段）
６４…温度異常信号出力端子（温度異常報知手段）
【図１】
2007093528.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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