專利名稱：靜電容型壓力傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種靜電容型壓力傳感器(electrostatic capacitance typepressure sensor)，該靜電容型壓力傳感器對因壓力而發(fā)生位移的隔膜(diaphragm) 與固定電極之間的靜電容的變化進行檢測，從而對壓力進行測定。
背景技術：
對于此種靜電容型壓力傳感器而言，例如，如專利文獻1或圖3所示，隔膜借由焊接而接合于傳感器主體的一端所形成的凹部的開口周緣部，該傳感器主體借由密封玻璃 (glass)來固定著固定電極。另外，雖未圖示于專利文獻1，但如圖3所示，凸緣部借由焊接而接合于隔膜的受壓面?zhèn)鹊闹芫壊?，該隔膜的受壓面?zhèn)鹊闹芫壊亢附佑趥鞲衅髦黧w，所述凸緣部安裝于形成被測定流路的流路形成構件，且將流體引導至受壓面。對于以所述方式構成的靜電容型壓力傳感器而言，流體經由設置于凸緣部的導入口而流入至隔膜側，借此，隔膜會因所述流體的壓力而發(fā)生位移。然而，以所述方式構成的靜電容型壓力傳感器存在如下的問題，即，當將隔膜焊接于傳感器主體時，因傳感器主體的熱膨脹率以及隔膜的熱膨脹率不同，膨脹量會有所不同， 在焊接之后，因隔膜以及傳感器主體之間產生的熱應力而發(fā)生變形。此處，可考慮將兩者的熱膨脹率納入考慮來進行焊接，隔膜由單一材料構成且熱膨脹率已知，但由于傳感器主體為固定電極以及密封玻璃等的集合體，因此，無法統一地確定熱膨脹率。如此，在焊接時，極難以將所述構件的熱膨脹率納入考慮來進行焊接。另外，與將凸緣部焊接于傳感器主體上所焊接的隔膜的情況同樣地，存在如下的問題，即，由于兩者的熱膨脹率的差異，因隔膜以及凸緣部之間產生的熱應力而發(fā)生變形。 此處，可考慮將兩者的熱膨脹率納入考慮來進行焊接，但焊接于傳感器主體的隔膜的熱膨脹率與其單體的熱膨脹率不同，在焊接時，極難以將所述構件的熱膨脹率納入考慮來進行焊接。在上述內容中雖然記載是將隔膜焊接于傳感器主體之后，將凸緣部焊接于所述隔膜的情形，但當將隔膜焊接于凸緣部之后，將傳感器主體焊接于所述隔膜時，也存在同樣的問題?，F有技術文獻專利文獻專利文獻1日本專利早期公開的特開2009-300336號公報

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明是為了解決所述問題點而構成的，本發(fā)明的目的之一在于提供一種靜電容型壓力傳感器，可防止隔膜因由傳感器主體的熱膨脹率以及固定用構件的熱膨脹率產生的熱應力而發(fā)生變形。
即，本發(fā)明的靜電容型壓力傳感器對因壓力而發(fā)生位移的隔膜與固定電極之間的靜電容的變化進行檢測，從而對壓力進行測定。靜電容型壓力傳感器包括傳感器主體，以使所述固定電極露出至一端側的方式而固定著所述固定電極；隔膜構造體，以與所述傳感器主體之間形成密閉空間的方式而接合于所述傳感器主體的一端側；以及固定用構件，以將所述隔膜構造體的受壓部予以包圍的方式而接合于所述隔膜構造體，安裝于形成被測定流路的流路形成構件，將流體引導至所述受壓部，所述隔膜構造體包括形成所述隔膜的平板狀的隔膜主體；熱膨脹率已知的第一環(huán)狀構件，接合于所述隔膜主體中的電極側周緣部， 且連接于所述傳感器主體的一端側；以及熱膨脹率已知的第二環(huán)狀構件，接合于所述隔膜主體中的受壓側周緣部，且連接于所述固定用構件。若為如上所述的靜電容型壓力傳感器，則由于將形成隔膜的隔膜主體經由熱膨脹率已知的第一環(huán)狀構件而接合于傳感器主體，因此，可減小因傳感器主體的熱膨脹率而使隔膜產生的熱應力。另外，由于將隔膜主體經由熱膨脹率已知的第二環(huán)狀構件而接合于固定用構件，因此，可減小因固定用構件的熱膨脹率而使隔膜產生的熱應力。因此，可防止隔膜因由傳感器主體以及固定用構件的熱膨脹率產生的熱應力而發(fā)生變形。而且，由于將隔膜主體接合于熱膨脹率已知的第一環(huán)狀構件以及第二環(huán)狀構件，因此，可將所期望的張力施加于隔膜。而且，隨著隔膜的薄型化，難以直接將隔膜主體焊接于傳感器主體以及固定用構件，但例如在將第一環(huán)狀構件以及第二環(huán)狀構件接合于隔膜而制造隔膜構造體之后，將該隔膜構造體接合于傳感器主體以及固定用構件，借此，可使傳感器的組裝變得容易。此時，可借由將第一環(huán)狀構件以及第二環(huán)狀構件接合于隔膜主體來使隔膜構造體的強度增加，從而可一面抑制隔膜主體的變形，一面進行接合。由于第一環(huán)狀構件以及第二環(huán)狀構件的熱膨脹率已知，因此，為了可積極地利用與隔膜主體的熱膨脹率之間的差異來對靜電容型壓力傳感器的測定范圍(range)或測定精度進行調整，較為理想的是根據所述第一環(huán)狀構件的熱膨脹率、所述第二環(huán)狀構件的熱膨脹率以及所述隔膜主體的熱膨脹率來對所述隔膜的張力進行調整。即，使傳感器的測定范圍可根據所述第一環(huán)狀構件的熱膨脹率、所述第二環(huán)狀構件的熱膨脹率以及所述隔膜主體的熱膨脹率而發(fā)生改變。例如，使第一環(huán)狀構件的熱膨脹率以及第二環(huán)狀構件的熱膨脹率小于隔膜主體的熱膨脹率，借此，組裝時的隔膜的張力變大，從而可使傳感器的測定范圍增大。另一方面，使第一環(huán)狀構件的熱膨脹率以及第二環(huán)狀構件的熱膨脹率大于隔膜主體的熱膨脹率，借此， 組裝時的隔膜的張力變小，從而可使傳感器的測定范圍變小(或使精度提高)。若所述第一環(huán)狀構件的熱膨脹率與所述第二環(huán)狀構件的熱膨脹率大致相同，則無論傳感器主體的熱膨脹率或固定用構件的熱膨脹率如何，均可盡可能地使隔膜主體產生的變形減小。發(fā)明的效果根據以所述方式構成的本發(fā)明，可防止隔膜因由傳感器主體的熱膨脹率以及固定用構件的熱膨脹率產生的熱應力而發(fā)生變形。


圖1是本發(fā)明的一個實施方式的靜電容型壓力傳感器的概略結構圖。
圖2是主要表示所述實施方式的隔膜構造體的剖面圖。圖3是現有的靜電容型壓力傳感器的概略結構圖。符號的說明2 傳感器主體3:隔膜構造體4:固定用構件5、200 流路形成構件21:固定電極22 主體外殼23 密封構件/玻璃材料31 隔膜主體31a:電極側周緣部31b:受壓側周緣部32 第一環(huán)狀構件33 第二環(huán)狀構件41:凸緣部42:圓筒部100 靜電容型壓力傳感器221:電極固定孔301 隔膜301a:受壓面/受壓部411 連通路徑L 被測定流路
具體實施例方式以下，參照附圖來對本發(fā)明的靜電容型壓力傳感器的一個實施方式進行說明。本實施方式的靜電容型壓力傳感器100是相當于絕對壓測量型的全壓真空計 (total pressure vacuum gauge)的靜電容型隔膜真空計，該靜電容型壓力傳感器100對因壓力而發(fā)生位移的隔膜與固定電極21之間的靜電容的位移量進行檢測，將該位移量換算成壓力，從而測定出壓力。再者，換算成壓力的靜電容與隔膜和固定電極21之間的距離成反比例。具體而言，如圖1所示，所述靜電容型壓力傳感器100包括傳感器主體2、接合于傳感器主體2的隔膜構造體3、以及接合于隔膜構造體3的固定用構件4。傳感器主體2是以使固定電極21露出至一端側即下端部的方式而固定著該固定電極21，該傳感器主體2包括固定電極21 ；主體外殼(body)22，插入且固定有所述固定電極21 ；以及密封玻璃等的密封構件23，設置成介于固定電極21以及主體外殼22之間，氣密地對固定電極21以及主體外殼22進行密封，且將固定電極21固定于主體外殼22。再者， 主體外殼22是由具有耐腐蝕性的不銹鋼形成。固定電極21是由包含金、鉬或鈦等的不易受腐蝕的金屬的導體形成。本實施方式的固定電極21為了插入至形成于主體外殼22的電極固定孔221，因此，大致呈圓柱形狀。 另外，用以對靜電容的變化進行檢測的導線(未圖示)連接于固定電極21的后端部。該導線連接于傳感器主體2的例如形成于上部的輸出端子。再者，該輸出端子連接著將靜電容的變化量轉換為壓力信號的運算部(未圖示)。隔膜構造體3是以與所述傳感器主體2之間形成密閉空間的方式，接合于傳感器主體2的一端側即下端部。具體而言，如圖2所示，隔膜構造體3包括形成隔膜301的平板狀的隔膜主體31、 設置于所述隔膜主體31中的電極側周緣部31a的第一環(huán)狀構件32、以及設置于隔膜主體 31中的受壓側周緣部31b的第二環(huán)狀構件33。隔膜主體31是與固定電極21的朝向隔膜301側的端面即一端面一起構成靜電容器(condenser)的呈圓板形狀的構件。該隔膜主體31是因外部的微小的壓力變化而發(fā)生彈性變形，且耐腐蝕性以及耐熱性優(yōu)異的金屬薄板。本實施方式的隔膜主體31是由以鎳、 鈷為主成分且包含鎢、鉬、鈦、鉻等的鎳-鈷合金形成的薄板。為了使相對于外部的壓力變化的感度提高，膜的厚度例如為數十微米。再者，隔膜主體31也可為由以鎳為主成分且包含鐵、鉻、鈮等的鎳合金形成的薄板。第一環(huán)狀構件32是與隔膜主體31呈同心圓狀地設置于隔膜主體31的電極側周緣部31a，且呈具有與隔膜主體31的外徑大致相同的外徑的圓環(huán)形狀。該第一環(huán)狀構件32 的一端面(圖2中的下表面)借由焊接而接合于隔膜主體31的電極側周緣部31a。另外， 第一環(huán)狀構件32的與隔膜主體31接合的面的相反側的面(圖2中的上表面)，借由焊接而與固定電極21呈同心圓狀地接合于傳感器主體2的主體外殼22的一端面周緣部。該第一環(huán)狀構件32是由耐腐蝕性以及耐熱性優(yōu)異，具有導電性且熱膨脹率已知的金屬形成，在本實施方式中，該第一環(huán)狀構件32是由以鎳為主成分且包含鐵、鉻、鈮等的鎳合金形成。第二環(huán)狀構件33是與隔膜主體31呈同心圓狀地設置于隔膜主體31的受壓側周緣部31b，且呈具有與隔膜主體31的外徑大致相同的外徑的圓環(huán)形狀。該第二環(huán)狀構件33 的一端面(圖2中的上表面)借由焊接而接合于隔膜主體31的受壓側周緣部31b。另外， 第二環(huán)狀構件33的與隔膜主體31接合的面的相反側的面(圖2中的下表面)，借由焊接而接合于固定用構件4的圓筒部42的端面。該第二環(huán)狀構件33與第一環(huán)狀構件32同樣地， 是由耐腐蝕性以及耐熱性優(yōu)異，具有導電性且熱膨脹率已知的金屬形成，在本實施方式中， 該第二環(huán)狀構件33是由以鎳為主成分且包含鐵、鉻、鈮等的鎳合金形成。固定用構件4設置成將隔膜構造體3的受壓部(隔膜301的受壓面301a)予以包圍，該固定用構件4安裝于形成被測定流路L的流路形成構件200，將流體引導至受壓部 301a。所述固定用構件4包括凸緣部41，固定于流路形成構件200，且形成有連通于被測定流路L的連通路徑411 ；以及圓筒部42，形成為將所述凸緣部41的連通路徑411的開口予以包圍。而且，所述第二環(huán)狀構件33借由焊接而接合于所述圓筒部42的上端面。再者， 固定用構件4是由具有耐腐蝕性以及耐熱性的不銹鋼形成。然后，本實施方式的靜電容型壓力傳感器100的傳感器主體2的熱膨脹率以及固定用構件4的熱膨脹率與隔膜主體31的熱膨脹率不同，第一環(huán)狀構件32的熱膨脹率與第二環(huán)狀構件33的熱膨脹率相同。具體而言，由于第一環(huán)狀構件32與第二環(huán)狀構件33是由相同的材料形成，因此，兩者的熱膨脹率相同。
由于傳感器主體2的主要材質為不銹鋼，因此，考慮該傳感器主體2的熱膨脹率 (線性膨脹率)約為16X10-6[1/°C ]。同樣地，固定用構件4的熱膨脹率(線性膨脹率) 約為16X 10-6[1/°C ]。另外，由于隔膜主體31是由鎳-鈷合金形成，因此，該隔膜主體31 的熱膨脹率(線性膨脹率)約為12X10-6[1/°C ]。而且，由于第一環(huán)狀構件32以及第二環(huán)狀構件33是由鎳合金形成，因此，該第一環(huán)狀構件32以及第二環(huán)狀構件33的熱膨脹率 (線性膨脹率)約為11.5X10-6[1/°C ]。如此，將第一環(huán)狀構件32以及第二環(huán)狀構件33 的熱膨脹率設為傳感器主體2的熱膨脹率以及固定用構件4的熱膨脹率與隔膜主體31的熱膨脹率之間的值，借此，可盡可能地使因隔膜主體31的熱膨脹率與傳感器主體2的熱膨脹率以及固定用構件4的熱膨脹率不同而可能產生的熱應力減小。最后，簡單地對靜電容型壓力傳感器100的組裝方法的一例進行說明。首先，將固定電極21與呈圓筒形狀的玻璃材料23 —起插入至形成于主體外殼22 的電極固定孔221。接著，借由未圖示夾具來將玻璃材料23以及固定電極21固定于主體外殼22，在爐內進行加熱而使玻璃材料23熔解，借由玻璃熔接來將固定電極21固定于主體外
tJzCi 22 ο另一方面，以分別成為同心圓狀的方式，借由激光焊接(laserwelding)、電子束焊接(electron beam welding)或電弧焊接(arc welding)等來將第一環(huán)狀構件32焊接于圓板狀的隔膜主體31的一個面，將第二環(huán)狀構件33焊接于圓板狀的隔膜主體31的另一個面，從而形成隔膜構造體3，所述圓板狀的隔膜主體31是將由圧延加工形成的金屬薄板予以切斷而獲得。此時，焊接于隔膜主體31的第一環(huán)狀構件32以及第二環(huán)狀構件33的熱膨脹率已知，可進行考慮了該熱膨脹率的焊接，從而可使隔膜301的變形減小，并且可使隔膜 301達到所期望的張力。再者，除了根據隔膜主體31的熱膨脹率與第一環(huán)狀構件32的熱膨脹率以及第二環(huán)狀構件33的熱膨脹率的差異來對隔膜301的張力進行調整之外，也可在將第一環(huán)狀構件 32以及第二環(huán)狀構件33接合于隔膜主體31時，借由另外設置的鹵素燈(halogen lamp) 等的加熱源來對隔膜主體31進行加熱而使隔膜主體31膨脹，借此來對接合時的第一環(huán)狀構件32以及第二環(huán)狀構件33與隔膜主體31的熱膨脹量進行調整，從而對接合之后的隔膜 301的張力進行調整。然后，借由激光焊接、電子束焊接或電弧焊接等來將隔膜構造體3的第一環(huán)狀構件32焊接且接合于傳感器主體2的一端側。另外，借由激光焊接、電子束焊接或電弧焊接等來將隔膜構造體3的第二環(huán)狀構件33焊接且接合于固定用構件4的圓筒部42。如此，靜電容型壓力傳感器100被組裝。本實施方式的效果根據以所述方式構成的本實施方式的靜電容型壓力傳感器100，經由熱膨脹率已知的第一環(huán)狀構件32來將形成隔膜301的隔膜主體31連接于傳感器主體2，因此，可減小因傳感器主體2的熱膨脹率而使隔膜主體31產生的熱應力。另外，由于經由熱膨脹率已知的第二環(huán)狀構件33來將隔膜主體31連接于固定用構件4，因此，可減小因固定用構件4的熱膨脹率而使隔膜主體31產生的熱應力。因此，可防止隔膜301因由傳感器主體2以及固定用構件4的熱膨脹率產生的熱應力而發(fā)生變形。而且，由于將隔膜主體31接合于熱膨脹率已知的第一環(huán)狀構件32以及第二環(huán)狀構件33，因此，可將所期望的張力施加于隔膜301。而且，隨著隔膜301的薄型化，難以直接將隔膜主體31焊接于傳感器主體2以及固定用構件4，但如本發(fā)明般，設為借由第一環(huán)狀構件32以及第二環(huán)狀構件33來夾持著所述隔膜主體31的構成，借此，可使傳感器100的組裝變得容易。 其他變形實施方式再者，本發(fā)明并不限于所述實施方式。例如，所述實施方式的靜電容型壓力傳感器100的傳感器主體2的主體外殼22、第一環(huán)狀構件32、第二環(huán)狀構件33、隔膜主體31、以及固定用構件4分別由不同的材質構成， 但也可借由共同的材質(例如不銹鋼)來形成全部的所述構件。此時，隔膜主體31仍接合于第一環(huán)狀構件32以及第二環(huán)狀構件33，因此，無需考慮傳感器主體2的熱膨脹率，而且可減小由傳感器主體2使隔膜產生的變形。另外，也可借由對第一環(huán)狀構件32的熱膨脹率、第二環(huán)狀構件33的熱膨脹率以及隔膜主體31的熱膨脹率進行選擇，來對包含隔膜主體31的隔膜的張力進行調整。就所述實施方式的情況而言，由于第一環(huán)狀構件32以及第二環(huán)狀構件33的熱膨脹率大于隔膜主體31的熱膨脹率，因此，可使隔膜的張力減小，從而可使測定范圍減小(使感度提高)。另一方面，借由使第一環(huán)狀構件32以及第二環(huán)狀構件33的熱膨脹率小于隔膜主體31的熱膨脹率，可使隔膜的張力增大，從而可使測定范圍增大。而且，所述實施方式的組裝方法是在對隔膜構造體3進行組裝之后，將該隔膜構造體3焊接于傳感器主體2的方法，但也可將第一環(huán)狀構件32焊接于傳感器主體2之后， 將隔膜主體31焊接于所述第一環(huán)狀構件32，然后，將第二環(huán)狀構件33焊接于隔膜主體31， 接著將固定用構件4焊接于所述第二環(huán)狀構件33。另外，也可將第二環(huán)狀構件33焊接于固定用構件4之后，將隔膜主體31焊接于所述第二環(huán)狀構件33，然后，將第一環(huán)狀構件32焊接于隔膜主體31，接著將傳感器主體2焊接于所述第一環(huán)狀構件32。而且，也可考慮將第一環(huán)狀構件的熱膨脹率設為傳感器主體的熱膨脹率與隔膜主體的熱膨脹率之間的值。如此，可盡可能地使因傳感器主體的熱膨脹率與隔膜主體的熱膨脹率的差異而產生的隔膜的變形減小。同樣地，為了盡可能地使因固定用構件的熱膨脹率與隔膜主體的熱膨脹率的差異而產生的隔膜的變形減小，可考慮將第二環(huán)狀構件的熱膨脹率設為固定用構件的熱膨脹率與隔膜主體的熱膨脹率之間的值。在所述實施方式中，隔膜主體的熱膨脹率與第一環(huán)狀構件、第二環(huán)狀構件的熱膨脹率不同，但也可使隔膜主體的熱膨脹率、第一環(huán)狀構件的熱膨脹率以及第二環(huán)狀構件的熱膨脹率大致相同。根據該構成，隔膜主體與第一環(huán)狀構件、第二環(huán)狀構件的溫度影響相同，可盡可能地使隔膜主體自第一環(huán)狀構件、第二環(huán)狀構件承受的熱應力而產生的應變減小。借此，可使測定精度提高。此外，本發(fā)明并不限于所述實施方式，當然可在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內進行各種變形。
權利要求
1.一種靜電容型壓力傳感器，對因壓力而發(fā)生位移的隔膜與固定電極之間的靜電容的變化進行檢測，從而對壓力進行測定，該靜電容型壓力傳感器包括傳感器主體，以使所述固定電極露出至一端側的方式而固定著所述固定電極；隔膜構造體，以與所述傳感器主體之間形成密閉空間的方式而接合于所述傳感器主體的一端側；以及固定用構件，以將所述隔膜構造體的受壓部予以包圍的方式而接合于所述隔膜構造體，安裝于形成被測定流路的流路形成構件，將流體引導至所述受壓部，所述隔膜構造體包括形成所述隔膜的平板狀的隔膜主體；熱膨脹率已知的第一環(huán)狀構件，接合于所述隔膜主體中的電極側周緣部，且連接于所述傳感器主體的一端側；以及熱膨脹率已知的第二環(huán)狀構件，接合于所述隔膜主體中的受壓側周緣部，且連接于所述固定用構件。
2.根據權利要求1所述的靜電容型壓力傳感器，其中根據所述第一環(huán)狀構件的熱膨脹率、所述第二環(huán)狀構件的熱膨脹率以及所述隔膜主體的熱膨脹率來對所述隔膜的張力進行調整。
3.根據權利要求1或2所述的靜電容型壓力傳感器，其中所述第一環(huán)狀構件的熱膨脹率與所述第二環(huán)狀構件的熱膨脹率大致相同。
全文摘要
一種靜電容型壓力傳感器，防止隔膜因由傳感器主體的熱膨脹率以及固定用構件的熱膨脹率產生的熱應力而發(fā)生變形。靜電容型壓力傳感器包括固定著固定電極(21)的傳感器主體(2)、與傳感器主體(2)之間形成密閉空間的隔膜構造體(3)、以及以將隔膜構造體(3)的受壓部予以包圍的方式被接合且將流體引導至受壓部的固定用構件(4)。隔膜構造體(3)包括平板狀的隔膜主體(31)、設置在隔膜主體(31)的周緣部兩側的熱膨脹率已知的第一環(huán)狀構件(32)以及第二環(huán)狀構件(33)。
文檔編號G01L9/12GK102313623SQ201110134840
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權日2010年5月25日
發(fā)明者岸田創(chuàng)太郎, 桑原朗, 畑板剛久 申請人:株式會社堀場Stec