(57)【要約】【課題】絶対圧力センサあるいは差圧センサのダイアフラムの変形による、差圧センサへの影響を抑制し、高精度の測定が可能な静電容量式圧力検出装置を提供することにある。【解決手段】静電容量式圧力検出装置において、差圧センサ手段と絶対圧センサ手段とを基台上に分離して設置するように構成した。また、差圧センサ手段を構成する二つ以上の差圧センサを基台上に分離して設置するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
差圧センサ手段と絶対圧センサ手段とを備える静電容量式圧力検出装置であって、
前記差圧センサ手段と前記絶対圧センサ手段とを基台上に分離して設置したことを特徴とする静電容量式圧力検出装置。
【請求項２】
圧力に応じて変形する導電性のダイアフラムの両側に固定電極を所定の間隔をとって配置し、該ダイアフラムとの間に対となる静電容量を形成し、該静電容量の変化から圧力を測定する差圧センサを含む差圧センサ手段と、
圧力に応じて変形する導電性のダイアフラムに固定電極を配置し、該ダイアフラムとの間に静電容量を形成し、該静電容量の変化から絶対圧力を検出する絶対圧力センサを含む絶対圧センサ手段と、
を備える静電容量式圧力検出装置であって、
前記差圧センサ手段と前記絶対圧センサ手段とを基台上に分離して設置したことを特徴とする静電容量式圧力検出装置。
【請求項３】
前記絶対圧センサ手段は、絶対圧力センサの他に温度検出手段と、寄生容量補正手段とを含み、
前記絶対圧力センサのダイアフラムが自由に変形可能な自由端になるように、前記絶対圧センサ手段において、前記温度検出手段または寄生容量補正手段の側を基台に固定することを特徴とする請求項２記載の静電容量式圧力検出装置。
【請求項４】
前記絶対圧センサ手段における基台への固定は、前記絶対圧力センサが自由に変形できるように、金属あるいは絶縁体などからなるスペーサを介して固定されることを特徴とする請求項３記載の静電容量式圧力検出装置。
【請求項５】
前記差圧センサ手段は、圧力測定範囲の異なる二つ以上の差圧センサで構成され、該二つ以上の差圧センサを、共通の基台上に分離して独立に設置したことを特徴とする請求項１記載の静電容量式圧力検出装置。
【請求項６】
前記二つ以上の差圧センサは、それぞれ異なる圧力導入孔を備えることを特徴とする請求項５記載の静電容量式圧力検出装置。
【請求項７】
前記差圧センサは、基台下面側の第１の圧力と、基台上面の該差圧センサ手段側の第２の圧力の差圧を検出するものであることを特徴とする請求項５または６記載の静電容量式圧力検出装置。
【請求項８】
前記差圧センサは、静電容量式、ピエゾ抵抗式、振動式など圧力を検出するいずれのセンサでもよいことを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項に記載の静電容量式圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力に応じて変形するダイアフラムを備え、このダイアフラムの変位を、ダイアフラムと対向して設けた固定電極との間に形成される静電容量の変化から圧力を検出する、静電容量式圧力検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電容量式圧力検出装置としては、例えば特許文献１に開示される装置がある。
特許文献１に開示される静電容量式圧力検出置の構成を図８、図９に示す。
図８に示された圧力検出部本体４１において、４３１はシリコン基板で、両面からプラズマエッチングによってダイアフラム４３２を形成する。ダイアフラム４３２は中央に基板４３１よりも若干薄い平坦部４３３と、その外周に円環状の薄肉部４３４を有する。４３５ａ、４３５ｂはパイレックス（登録商標）ガラスなどのシリコン基板４３１と膨張係数がほぼ等しい絶縁材料でできた基板で、静電接合等の方法によりシリコン基板４３１の周辺の部分で気密に接合され、ダイアフラム４３２の両面に空隙４３６ａ、４３６ｂが形成される。
【０００３】
絶縁基板４３５ａ、４３５ｂのダイアフラム４３２の平坦部４３３に対向する部分にはスパッタなどの方法でＣｒ／Ａｕを二層に積層した固定電極４３７ａ、４３７ｂが形成され、ダイアフラム４３２との間にコンデンサＣ４１，Ｃ４２が形成される。４３８ａ、４３８ｂの内面と絶縁基板４３５ａ、４３５ｂの外表面の導圧口４３８ａ、４３８ｂを囲む部分に、スパッタなどの方法により電極４３９ａ、４３９ｂを設け、固定電極４３７ａ、４３７ｂと電気的に導通させている。
【０００４】
４４０は圧力検出手段で、４４１はダイアフラム４３２の平坦部４３３と同程度の深さまで、シリコン基板４３１をプラズマエッチングによって加工した空隙（真空室）である。この空隙に対向する絶縁基板４３５ａの面には電極４４２が設けられ、孔４４３の内面に形成したリード電極を介して、絶縁基板４３５ａの外表面に設けた電極４４４と導通しており、ダイアフラム４３２との間に静電容量Ｃ４３が形成される。また電極４４４の上には絶縁基板４４５が真空雰囲気で、拡散接合または静電接合等の方法により気密に接合され、空隙４４１の内部を真空に維持している。なお、基板４４５は絶縁材には限らない。
【０００５】
４４６は温度検出手段で、誘電体基板４５５の両面に電極４５６ａ、４５６ｂを設けたコンデンサで形成し、絶縁基板４３５ａの上に設けた配線４５７ａ、４５７ｂに接合固定し，静電容量Ｃ４４が形成される。
【０００６】
４４８は、圧力検出部本体４１を保持するための基台、４４９は電極４３９ｂと基台４４８を絶縁するための絶縁板で、それぞれ接着や接合などの公知の方法で固定されている。４５０は、シリコン基板４３１を導通させるために設けた開口で、スパッタなどの方法により開口４５０の内面を介して電極４５１にシリコン基板４３１を導通させる。
【０００７】
図８において、導入圧力として、Ｐ１，Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）の差圧が加わるとすると、ダイアフラム４３２は矢印の方向に変位する。この変位量、つまり圧力は、静電容量Ｃ４１，Ｃ４２を検出し、次式（１）の演算をすれば、圧力伝達流体４１０、４１１の誘電率の温度や圧力による変化の影響を受けずに求めることが可能である。
【０００８】
（Ｃ４１−Ｃ４２）／（Ｃ４１＋Ｃ４２）＝Δ／ｄ      ・・・（１）
Ｃ４１＝ε０・ε・Ｓ／（ｄ−Δ）      ・・・（２）
Ｃ４２＝ε０・ε・Ｓ／（ｄ＋Δ）      ・・・（３）
Δ：ダイアフラム４３２の変位量
Ｓ：電極面積
ｄ：ダイアフラム４３２と電極４３９ａ、４３９ｂとの間隔
ε０：圧力伝達流体の比誘電率
ε：真空の誘電率
しかしながら、圧力伝達流体の誘電率が温度や圧力に伴って変化する影響を除去することができるが、高圧流体の測定においては、検出部本体４１全体が周囲から圧縮圧力や温度変化をうけるために、高精度で測定する場合は静電容量Ｃ４３，Ｃ４４を用いて補正を行う。
【０００９】
すなわち、静電容量Ｃ４３は真空室を形成している板の変形により変化するため、Ｃ４３の測定により絶対圧力に対応した静電容量を得ることが可能で、静電容量Ｃ４４はガラス等の絶縁基板の温度による誘電率変化で変化するため、Ｃ４４の測定により温度変化に対応した静電容量を得ることが可能である。
【００１０】
このように特許文献１の静電容量式圧力検出装置では、静電容量Ｃ４３，Ｃ４４から求めた絶対圧力、温度にて補正演算することで高精度の圧力測定が可能となっている。
また、特許文献２に開示される変位測定装置の構成を図１０に示す。
５０２はシリコン基板で、両面からプラズマエッチングによってダイアフラム５０３および５０６を形成する。ダイアフラム５０３および５０６は中央部に基板５０２よりも若干薄い平坦部５０４および５０７と、その外周に円環上の薄肉部５０５および５０８を有する。このとき、例えばダイアフラム５０３を低圧領域用、ダイアフラム５０６を高圧領域用とすると、その圧力範囲に応じて薄肉部５０５および５０８の厚さを最適化する。５０９ａおよび５０９ｂはパイレックスガラスなどのシリコン基板５０２と膨張係数がほぼ等しい絶縁材料でできた基板で、静電接合等の方法によりシリコン基板５０２の周辺の部分で気密に接合され、ダイアフラム５０３および５０６の両面に空隙５１０ａ、５１０ｂおよび５１４ａ、５１４ｂが形成される。
【００１１】
絶縁基板５０９ａ、５０９ｂのダイアフラム５０３の平坦部５０４に対向する部分には、スパッタ等の方法でＣｒ／Ａｕを二層に積層した固定電極５１２ａ、５１２ｂが形成され、ダイアフラム５０３との間にはコンデンサ（静電容量）Ｃ５１，Ｃ５２が形成され、低圧領域用の圧力センサＬとして作用する。ダイアフラム５０６についても同様に固定電極５１６ａ、５１６ｂが形成されることにより、静電容量Ｃ５３，Ｃ５４が形成され、高圧領域用の圧力センサＨとして作用する。５１１ａ、５１１ｂおよび５１５ａ、５１５ｂは、空隙５１０ａ、５１０ｂおよび５１４ａ、５１４ｂを外部に連通させる導圧口である。この導圧口５１１ａ,５１１ｂおよび５１５ａ、５１５ｂの内面と絶縁基板５０９ａ、５０９ｂの外表面の導圧口５１１ａ、５１１ｂおよび５１５ａ、５１５ｂを囲む部分に、スパッタなどの方法により電極５１３ａ、５１３ｂおよび５１７ａ、５１７ｂを設け、固定電極５１２ａ、５１２ｂおよび５１６ａ、５１６ｂと電気的に導通させるようにしている。
【００１２】
５１は、圧力検出手段で、５１９はダイアフラム５０２の平坦部５０４、５０７と同程度の深さまで、シリコン基板５０２をプラズマエッチングによって加工した空隙である。この空隙５１９に対向する絶縁基板５０９ａの面には電極５２０が設けられ、シリコン基板５０２との間に静電容量Ｃ５５が形成される。電極５２０は穴５２１の内面に形成したリード電極５２２と導通させる。また、電極５２２の上には絶縁基板５２３が真空雰囲気で拡散接合または静電接合等の方法により気密に接合され、空隙５１９の内部を真空に維持している。なお、基板５２３は絶縁材には限らない。
【００１３】
５２は温度検出手段を示し、５２５は絶縁基板５０９ａの外表面に設けた電極で、絶縁基板５０９ａを挟んでシリコン基板５０２との間に静電容量Ｃ５６が形成されている。５３は寄生容量変化を補正するための基準容量で、５３１はダイアフラム５０２の平坦部５０４、５０７と同程度の深さまでシリコン基板５０２をプラズマエッチングによって加工した空隙である。この空隙５３１に対向する絶縁基板５０９ａの面には電極５３２が設けられ、シリコン基板５０２との間に静電容量Ｃ５７が形成される。電極５３２は穴５３３の内面に形成したリード電極を介して、絶縁基板５０９ａの外表面に設けた電極５３４と導通させる。
【００１４】
５２６は、図１０の検出部（センサ部）全体を保持するための基台、５２７は電極５１３ｂおよび５１７ｂと基台５２６を絶縁するための絶縁板で、気密に接合することによって導圧口５１１ｂ、５１５ｂに同一圧力を導く圧力ポート５３０を形成している。５２８は、シリコン基板５０２を導通するために設けた開口で、スパッタなどの方法により開口５２８の内面を介して電極５２９にシリコン基板５０２を導通させている。
【００１５】
図１０において、導入圧力として、Ｐ１，Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）の差圧が加わるとすると、ダイアフラム５０３と５０６は矢印の方向に変位するので、その変位量は静電容量Ｃ５１，Ｃ５２およびＣ５３，Ｃ５４をセンサＬ，Ｈでそれぞれ検出し、次の式（４）、（５）の如き演算をすることにより求められる。このとき、圧力伝達流体５００、５０１の誘電率が温度や圧力で変化することが考えられるが、（４）、（５）式のような比の演算をすることで、これらの影響を除去することが可能となる。
センサＬについて：
（Ｃ５１−Ｃ５２）／（Ｃ５１＋Ｃ５２）＝Δｄ１／ｄ１      ・・・（４）
Δｄ１：ダイアフラム５０３の変位量
ｄ１：ダイアフラム５０３と固定電極５１２ａまたは５１２ｂとの間隔    
センサＨについて：
（Ｃ５３−Ｃ５４）／（Ｃ５３＋Ｃ５４）＝Δｄ２／ｄ２      ・・・（５）
Δｄ１：ダイアフラム５０６の変位量
ｄ１：ダイアフラム５０６と固定電極５１６ａまたは５１６ｂとの間隔    
そして、圧力が加わると、絶縁基板５０９ａの空隙（真空室）５１９の壁面を形成している部分は、圧力Ｐ２で変形し静電容量Ｃ５５が変化するので、圧力の絶対値に対応した信号が得られ、絶対圧力センサ５１として作用する。また、温度変化は絶縁基板５０９ａの誘電率を変化させる。すなわち、パイレックスガラス等の材料では、一般的に温度に比例して誘電率が増加し、静電容量Ｃ５６が変化するので温度センサとして作用する。寄生容量変化は圧力伝達流体となる封液５００および５０１の温度や圧力による誘電率変化の影響を受けるので、圧力センサＣ５１〜Ｃ５４と同一の封液で満たすことにより、誘電率のみを検出する寄生容量補正容量（基準容量）Ｃ５７として作用することになる。
【００１６】
このように特許文献２の変位測定装置では、絶対圧センサ、温度センサによる補正演算、および寄生容量補正を行うことで高精度の測定が可能となっている。
また、特許文献３には差圧センサと絶対圧センサを基台上に搭載する圧力センサを開示している。
【特許文献１】特開平９−１４５５１１号公報
【特許文献２】特開平９−２５７６２０号公報
【特許文献３】特開２００３−４２８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述のように従来の測定装置は、差圧センサに加えて、絶対圧力センサ、温度センサ、
寄生容量補正のための静電容量を備える構成となっており、高精度の測定が可能となっている。しかしながら、差圧センサと絶対圧力センサが連通してあり、特に高圧の絶対圧力を測定する場合、絶対圧力センサのダイアフラムは、高圧力の耐圧に耐えるためダイアフラム部が厚くなり、シリコン板厚に対するダイアフラムの板厚の比が小さくなることから、ダイアフラムの変形力が大きくなり、差圧センサを構成する静電容量（例えば特許文献２におけるＣ５１〜Ｃ５４）、および温度センサとしての静電容量（例えば特許文献２におけるＣ５５）、寄生容量補正のための静電容量（例えば特許文献２におけるＣ５７）等に影響を及ぼし、精度の再現性、ヒステリシスを悪化させていた。
【００１８】
また、二つの差圧センサが連通している場合も同様である。二つの差圧センサが連通しているとは、例えば特許文献２で説明すると、低圧側を受け持つ差圧センサがＣ５１とＣ５２で構成され、高圧側を受け持つ差圧センサがＣ５３とＣ５４で構成されるようなことを言う。このような構成において低圧を測定する場合は、高圧側を受け持つ差圧センサのダイアフラムが変形してしまうが、連通していることから、その変形が低圧側の差圧センサ（例えば特許文献２におけるＣ５１，Ｃ５２）に影響を与える。逆に、高圧を測定する場合は、低圧側を受け持つ差圧センサのダイアフラムは過大圧のため、加圧側と反対側の電極に接触した状態となりダイアフラムが大きく変形してしまい、連通していることから、その変形が高圧側の差圧センサ（例えば特許文献２におけるＣ５３、Ｃ５４）に影響を与えてしまう。
【００１９】
そこで、本発明の課題は、絶対圧力センサあるいは差圧センサのダイアフラムの変形による、差圧センサを構成する静電容量または温度センサとしての静電容量、寄生容量補正のための静電容量への影響を抑制し、高精度の測定が可能な静電容量式圧力検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決するために、本発明の静電容量式圧力検出装置では、差圧センサ部と絶対圧センサ部を基台に別々に設置するように構成した。
このような構成により、絶対圧センサ部のダイアフラムの変形による差圧センサ部への影響を小さくすることが可能である。
【００２１】
更に、上述の静電容量式圧力検出装置の構成において、前記絶対圧センサ部に含まれる温度センサとしての静電容量、または寄生容量補正のための静電容量の側を基台に固定し、前記絶対圧センサ部に含まれる絶対圧力センサを構成する静電容量の側は自由端になるように構成した。
【００２２】
このような構成により、絶対圧力センサのダイアフラムの変形を基台に伝わりにくくすることが可能となり、温度センサとしての静電容量、寄生容量補正のための静電容量への絶対圧力センサの影響を小さくすることができる。その結果当然のことながら、絶対圧力センサの差圧センサへの影響を小さくすることが可能である。
【００２３】
更に、差圧センサ部と絶対圧センサ部とが基台に分離して設置される静電容量式圧力検出装置の構成において、差圧センサ部を構成する二つ以上の差圧センサを、共通の基台に対して独立に設置するようにした。また、基台上面の圧力検出手段側の第１の圧力と、基台下面側の第２の圧力との差圧を検出する差圧センサは、異なる圧力導入孔に独立分離して設置するようにした。
【００２４】
このような構成により、差圧センサ部におけるダイアフラムの変形による、各差圧センサ相互の影響を小さくすることが可能となり、高精度に圧力を測定できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、静電容量式圧力検出装置を構成する差圧センサ部と絶対圧センサ部を基台に別々に設置するため、絶対圧センサ部の変形による差圧センサ部への影響を小さくすることが可能である。更に、前記絶対圧センサ部の構成において、温度センサとしての静電容量または寄生容量補正のための静電容量の側を基台に固定し、絶対圧力センサを構成する静電容量の側は自由端になるように構成することにより、絶対圧力センサにおけるダイアフラムの変形を基台に伝わりにくくすることが可能である。その結果、温度センサとしての静電容量、寄生容量補正のための静電容量への絶対圧力センサの影響を小さくでき、また、差圧センサへの影響も抑制することが可能である。
【００２６】
また、差圧センサ部と絶対圧センサ部を基台に別々に設置する静電容量式圧力検出装置の構成において、二つ以上の差圧センサを共通の基台に対して独立に分離することで、差圧センサ部におけるダイアフラムの変形による影響を小さくすることが可能となり、高精度に圧力を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の第１の実施例について説明する。
図１に本発明の第１の実施例である、静電容量式圧力検出装置の構成を示す。
２０２、３０２はシリコン基板で、両面からプラズマエッチングによってダイアフラム２０３および２０６を形成する。ダイアフラム２０３および２０６は中央部に基板２０２、３０２よりも若干薄い平坦部２０４及び２０７と、その外周に円環状の薄肉部２０５および２０８を有する。このとき、例えばダイアフラム２０３を差圧力用（差圧センサ部１）、ダイアフラム２０６を絶対圧力用（絶対圧センサ部２）とすると、その圧力範囲に応じて薄肉部２０５および２０８の厚さを最適化する。
【００２８】
２０９ａおよび２０９ｂはパイレックスガラスなどのシリコン基板２０２と熱膨張係数がほぼ等しい絶縁材料でできた基板で、静電接合等の方法によりシリコン基板２０２の周辺の部分で気密に接合され、ダイアフラム２０３および２０６の両面に空隙２１０ａ、２１０ｂおよび２１４ａ、２１４ｂが形成される。ダイアフラム２０６は絶対圧力用のため、絶縁基板３０９ａ、３０９ｂおよびシリコン基板３０２と、真空雰囲気で拡散接合または静電接合等の方法により気密に接合され、空隙２１４ｂの内部を真空に維持している。
【００２９】
絶縁基板２０９ａ、２０９ｂのダイアフラム２０３の平坦部２０４に対向する部分には、スパッタ等の方法でＣｒ／Ａｕを二層に積層した固定電極２１２ａ、２１２ｂが形成され、ダイアフラム２０３との間にはコンデンサ（静電容量）Ｃ１，Ｃ２が形成され、差圧力用の圧力センサ（差圧センサ）として作用する。
【００３０】
ダイアフラム２０６についても、同様に固定電極２１６ａが形成されることにより、静電容量Ｃ５が形成され、絶対圧力用の絶対圧力センサとして作用する。
２１１ａ、２１１ｂおよび２１５ａは空隙２１０ａ、２１０ｂおよび２１４ａを外部に連通させる導圧口である。この導圧口２１１ａ、２１１ｂおよび２１５ａの内面と絶縁基板２０９ａ、２０９ｂの外表面の導圧口２１１ａ、２１１ｂおよび２１５ａを囲む部分に、スパッタなどの方法により電極２１３ａ、２１３ｂおよび２１７ａを設け、固定電極２１２ａ、２１２ｂおよび２１６ａと電気的に導通させるようにしている。
【００３１】
温度検出手段である温度センサ３の電極２２５は、絶縁基板３０９ａの外表面に設けた電極で、絶縁基板３０９ａを挟んでシリコン基板３０２との間に静電容量Ｃ６が形成されている。
【００３２】
寄生容量検出手段４は、寄生容量を補正するための基準容量で、２３１はダイアフラム２０６の平坦部２０７と同程度の深さまで、シリコン基板３０２をプラズマエッチングによって加工した空隙である。この空隙２３１に対向する絶縁基板３０９ａの面には電極２３２が設けられ、シリコン基板３０２との間に静電容量Ｃ７が形成される。電極２３２は穴２３３の内面に形成したリード電極を介して絶縁基板３０９ａの外表面に設けた電極２３４と導通させる。
【００３３】
２２６は、図１の圧力検出部全体を保持する基台、２２７は電極２１３ｂと基台２２６を絶縁するための絶縁板で、気密に接合することによって導圧口２１１ｂ、圧力を導く圧力ポート２３０を形成している。絶対圧センサ部２は、差圧センサ部１とは別に、基台２２６にハンダや接着剤等の接合方法で固定されている。
【００３４】
また、絶対圧センサ部２は、温度検出手段としての温度センサ３または寄生容量を補正するための静電容量を含む寄生容量検出手段４の存在する側のみ、基台２２６にハンダや接着剤等の接合方法で固定３００され、絶対圧を検出する静電容量Ｃ７側は自由端となるように構成する（図２を横からみた図である、図３を参照）。これにより、ダイアフラムの変形が絶縁板３０９ａ、３０９ｂに伝わっても、その変形を抑制せず自由に動くことができる。尚、固定３００は、図２に示すように、縦方向でも横方向でもよく、変形量が小さくなるような位置であればどこでもよいものとする。
【００３５】
尚、固定３００は、絶対圧力センサが自由に変形できるように、金属あるいは絶縁体等からあるスペーサを介して固定することとする。
基台２２６から、差圧センサ部１、絶対圧センサ部２を含むほうが容器５と圧力伝達隔壁７で囲まれ、圧力伝達流体２００が封入されており、また、反対側が容器６と圧力伝達隔壁８で囲まれ、圧力伝達流体２０１が封入されている。
【００３６】
図１の構成において、導入圧力Ｐ１，Ｐ２の大小関係は任意であるが、便宜上、Ｐ１＜Ｐ２の場合を例にして説明を行うものとする。今、Ｐ１，Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）の差圧が図１に示したように加わると、ダイアフラム２０３は矢印（ａ）の方向に変位するので、その変位量は、静電容量Ｃ１，Ｃ２の計測値と、下記（６）の式を演算することにより求められる。このとき、圧力伝達流体２００、２０１の誘電率が温度や圧力で変化することが考えられるが、（６）式のような比の演算をすることで、これらの影響を除去することが可能となる。
差圧センサ（Ｃ１，Ｃ２からなる部分）について：
（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）＝Δｄ３／ｄ３      ・・・（６）
Δｄ３：ダイアフラム２０３の変位量
ｄ３：ダイアフラム２０３と固定電極２１２ａまたは２１２ｂとの間隔    
絶対圧力センサ（Ｃ５で構成される部分）の場合、圧力Ｐ２が加わると、ダイアフラム２０６は矢印（ｂ）の方向に変位するので、その変位量は、静電容量Ｃ５が変化することにより計測可能である。このように、圧力の絶対値に対応した信号を計測し、絶対圧力センサとして作用する。
【００３７】
また、温度変化は絶縁基板２０９ａ、３０９ａの誘電率を変化させる。すなわち、パイレックスガラス等の材料では、一般的に温度に比例して誘電率が増加し、静電容量Ｃ６が変化するので温度センサ３として作用する。
【００３８】
寄生容量変化は圧力伝達流体となる２００および２０１の温度や圧力による誘電率変化の影響を受けるので、差圧センサを構成するＣ１、Ｃ２と同一の封液で満たすことにより、誘電率変化のみを検出する寄生容量補正用容量（基準容量）Ｃ７として作用することになる。このように、寄生容量検出手段４は静電容量Ｃ７により構成される。
【００３９】
そして、静電容量Ｃ５，Ｃ７の計測値と、下記（７）の式を演算することにより、圧力伝達流体２００、２０１の誘電率が温度や圧力で変化する影響を除去することが可能となる。
絶対圧力センサ（Ｃ５からなる部分）について：
（Ｃ７−Ｃ５）／（Ｃ５）＝Δｄ４／ｄ４      ・・・（７）
Δｄ４：ダイアフラム２０６の変位量
ｄ４：ダイアフラム２０６と固定電極２１６ａとの間隔
以上のように、静電容量式圧力検出装置において、差圧センサ部と絶対圧センサ部を基台に別々に設置することで、絶対圧センサ部の変形による差圧センサ部への影響を小さくすることが可能である。また、絶対圧センサ部の構成において、温度センサとしての静電容量または寄生容量補正のための静電容量の側を基台に固定し、絶対圧力センサを構成する静電容量の側は自由端になるように構成することにより、絶対圧力センサにおけるダイアフラムの変形を基台に伝わりにくくすることが可能で、温度センサとしての静電容量、寄生容量補正のための静電容量への絶対圧力センサの影響を小さくすることができ、その結果当然のことながら差圧センサへの影響も抑制することが可能である。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図４に本発明の第２の実施例である、静電容量式圧力検出装置の構成を示す。
第２の実施例の静電容量式圧力検出装置は、実施例１のように差圧センサ部と絶対圧センサ部を分離して設置するのに加えて、差圧センサ部を構成する、低圧を受け持つ差圧センサ１Ａと高圧を受け持つ差圧センサ１Ｂとを、共通の基台２２６に対してそれぞれ独立に分離して設置する構成である点に特徴がある。
【００４１】
図４において、上記第１の実施例と同一の構成部分については同一の符号を付している。多少第１の実施例と重複する部分もあるが、以下に図４の構成について説明する。
図４に示すように、６０２、７０２、３０２はシリコン基板で、両面からプラズマエッチングによってダイアフラム６０３、７０３および２０６を形成する。ダイアフラム６０３、７０３および２０６は中央部にシリコン基板６０２、７０２、３０２よりも若干薄い平坦部６０４、７０４および２０７と、その外周に円環状の薄肉部６０５、７０５および２０８の厚さを最適化する。６０９ａ、７０９ａ、３０９ａおよび６０９ｂ、７０９ｂ、３０９ｂはパイレックスガラスなどのシリコン基板６０２、７０２、３０２の周辺の部分で気密に接続され、ダイアフラム６０３、７０３および２０６の両面に空隙６１０ａ、６１０ｂ、７１０ａ、７１０ｂおよび２１４ａ、２１４ｂが形成される。ダイアフラム２０６は絶対圧用のため、絶縁基板３０９ａ、３０９ｂ及びシリコン３０２と、真空雰囲気で拡散接合または静電接合等の方法により機密に接合され、空隙２１４ｂの内部を真空に維持している。
【００４２】
絶縁基板６０９ａ、６０９ｂのダイアフラム６０３の平坦部６０４に対向する部分には、スパッタ等の方法でＣｒ／Ａｕを二層に積層した固定電極６１２ａ、６１２ｂが形成され、ダイアフラム６０３との間にはコンデンサ（静電容量）Ｃ６１,Ｃ６２が形成され、たとえば低圧を受け持つ差圧センサ１Ａとして作用する。
【００４３】
絶縁基板７０９ａ、７０９ｂのダイアフラム７０３の平坦部７０４に対向する部分には、スパッタ等の方法でＣｒ／Ａｕを二層に積層した固定電極７１２ａ、７１２ｂが形成され、ダイアフラム７０３との間にはコンデンサ（静電容量）Ｃ７１,Ｃ７２が形成され、たとえば高圧を受け持つ差圧センサ１Ｂとして作用する。
【００４４】
６１１ａ、６１１ｂ、７１１ａ、７１１ｂおよび２１５ａは空隙６１０ａ、６１０ｂ、７１０ａ、７１０ｂおよび２１４ａを外部に連通させる導圧口である。この導圧口６１１
ａ、６１１ｂ、７１１ａ、７１１ｂおよび２１５ａの内面と絶縁基板６０９ａ、６０９ｂ、７０９ａ、７０９ｂ、３０９ａの外表面の導圧口６１１ａ、６１１ｂ、７１１ａ、７１１ｂおよび２１５ａを囲む部分に、スパッタなどの方法により電極６１３ａ、６１３ｂ、７１３ａ、７１３ｂおよび２１７ａを設け、固定電極６１２ａ、６１２ｂ、７１２ａ、７１２ｂおよび２１６ａと電気的に導通させるようにしている。
【００４５】
温度検出手段である温度センサ３の電極２２５は、絶縁基板３０９ａの外表面に設けた電極で、絶縁基板３０９ａを挟んでシリコン基板３０２との間に静電容量Ｃ６が形成されている。
【００４６】
寄生容量検出手段４は、寄生容量を補正するための基準容量で、２３１はダイアフラム２０６の平坦部２０７と同程度の深さまで、シリコン基板３０２をプラズマエッチングによって加工した空隙である。この空隙２３１に対向する絶縁基板３０９ａの面には電極２３２が設けられ、シリコン基板３０２との間に静電容量Ｃ７が形成される。電極２３２は穴２３３の内面に形成したリード電極を介して絶縁基板３０９ａの外表面に設けた電極２３４と導通させる。
【００４７】
２２６は図示のセンサ部全体を保持するための基台であり、６２７、７２７は電極６１３ｂ、７１３ｂと基台２２６を絶縁するための絶縁板で、気密に接続することによって導圧口６１１ｂ、７１１ｂ、圧力を導く圧力導入孔６３０、７３０を形成している。絶対圧センサ部２は、差圧センサ部１（１Ａと１Ｂ）とは別に、基台２２６にハンダや接着剤等の接合方法で固定されている。
【００４８】
絶対圧センサ部２は、温度検出手段としての温度センサ３または寄生容量検出手段４側のみ、基台２２６にハンダ（鉛フリーハンダや Au-Sn 半田等）や接着剤等の接合方法で固定３００され、絶対圧を検出する静電容量Ｃ５側は、自由端となって、ダイアフラムの変形が絶縁板３０９ａ、３０９ｂに伝わっても、その変形を抑制せず自由に動くことができる構成である。図４に示した静電容量式圧力検出装置を上からみた図を図５に示す。
【００４９】
図５には（ａ）と（ｂ）の二つの図を示しているが、いずれも差圧センサ部１Ａと１Ｂが分離されて基台上に設置されている。これにより、ダイアフラムの変形が絶縁板３０９ａ、３０９ｂに伝わってもその変形を抑制せず自由に動くことができる。
【００５０】
基台２２６から、差圧センサ１Ａ，１Ｂ、絶対圧センサ部２を含むほうが容器５と圧力伝達隔壁７で囲まれ、圧力伝達流体２００が封入されており、また、反対側が容器６と圧力伝達隔壁８で囲まれ、圧力伝達流体２０１が封入されている。
【００５１】
また、差圧センサ部１と絶対圧センサ部２との設置については、基台上に分離して独立に設置されていればよく、たとえば図６に示すように設置してもよい。
図６の断面ＭＮを図７に示す。図７において、基台２２６の側面に設けられた穴から圧力を導き、独立に設けた絶縁板６２７、７２７を基台に気密に接続して圧力導入孔６３０、７３０を構成し、絶縁板６２７、７２７をそれぞれの差圧センサ１Ａ，１Ｂに接合している。
【００５２】
上記図４〜図７に示した構成において、静電容量式圧力検出装置の動作について説明する。導入圧力Ｐ１，Ｐ２の大小関係は通常任意であるが、ここでは説明のためにＰ１＜Ｐ２として説明する。
【００５３】
今、Ｐ１，Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）の差圧が図示したように加わると、ダイアフラム６０３は矢印（ａ）の方向に変位するので、その変位量は静電容量Ｃ１，Ｃ２の計測値と、下記
（８）式を演算することにより求められる。このとき、圧力伝達流体２００、２０１の誘電率が温度や圧力で変化することが考えられるが、（８）式のような比の演算をすることで、これらの影響を除去することが可能となる。
【００５４】
低圧用差圧センサ（１Ａ）について：
（Ｃ６１−Ｃ６２）／（Ｃ６１＋Ｃ６２）＝Δｄ５／ｄ５      ・・・（８）
Δｄ５：ダイアフラム６０３の変位量
ｄ５：ダイアフラム６０３と固定電極６１２ａまたは６１２ｂとの間隔
同様に高圧用の差圧センサについても同様に下記（９）式で示すことができる。
【００５５】
高圧用差圧センサ（１Ｂ）について：
（Ｃ７１−Ｃ７２）／（Ｃ７１＋Ｃ７２）＝Δｄ６／ｄ６      ・・・（９）
Δｄ６：ダイアフラム７０３の変位量
ｄ６：ダイアフラム７０３と固定電極７１２ａまたは７１２ｂとの間隔
また、絶対圧センサ部２については、上記第１の実施例で説明した式（７）と同一で、
絶対圧力センサについて：
（Ｃ７−Ｃ５）／（Ｃ５）＝Δｄ４／ｄ４      ・・・（７）
Δｄ４：ダイアフラム２０６の変位量
ｄ４：ダイアフラム２０６と固定電極２１６ａとの間隔
として、圧力伝達流体２００、２０１の誘電率が温度や圧力で変化する影響を除去することが可能となる。
【００５６】
以上のように、静電容量式圧力検出装置において、差圧センサ部と絶対圧センサ部を基台に別々に設置することで、絶対圧センサ部の変形による差圧センサ部への影響を小さくすることが可能であり、また、差圧センサ部において、二つ以上の差圧センサを分離して別々に配置することで、差圧センサ部におけるダイアフラムの変形による、各差圧センサ相互の影響を小さくすることができ、高精度な圧力測定が可能である。
【００５７】
以上本発明の実施の形態について詳細に説明したが、上記の実施形態に限定されるものではない。すなわち例えば、上述の実施例では差圧センサとして静電容量式のセンサを用いて説明したが、ピエゾ抵抗式や振動式など、圧力が検出可能なセンサであればいずれのセンサでもよい。このように、上記の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施例である、静電容量式圧力検出装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した静電容量式圧力検出装置を上からみた図を示す図である。
【図３】図２を横から見た図を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例である、静電容量式圧力検出装置の構成を示す図である。
【図５】図４に示した静電容量式圧力検出装置を上からみた図を示す図である。
【図６】第２の実施例における他の構成例を示す図である（上面図）。
【図７】第２の実施例における他の構成例を示す図である（断面図）。
【図８】特許文献１に開示される静電容量式圧力検出装置の構成を示す図（その１）である。
【図９】特許文献１に開示される静電式圧力検出装置の構成を示す図（その２）である。
【図１０】特許文献２に開示される変位測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１      差圧センサ部
２      絶対圧センサ部
３      温度センサ
４      寄生容量検出手段
５、６      容器
７、８      圧力伝達隔壁
２００      圧力伝達流体
２０１      圧力伝達流体
２０２、６０２、７０２      シリコン基板
２０３、６０３、７０３      ダイアフラム
２０４、６０４、７０４      平坦部
２０５、６０５、７０５      円環状の薄肉部
２０６      ダイアフラム
２０７      平坦部
２０８      円環状の薄肉部
２０９、６０９、７０９      基板
２１０、６１０、７１０      空隙
２１１、６１１、７１１      導圧口
２１２、６１２、７１２      固定電極
２１３、６１３、７１３      電極
２１４      空隙
２１５      導圧口
２１６      固定電極
２１７      電極
２２５      電極
２２６      基台
２２７、６２７、７２７      絶縁板
２３０、６３０、７３０      圧力導入孔
２３１      空隙
２３２      電極
２３４      電極
３００      固定部
３０２      シリコン基板
３０９      絶縁基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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