專利名稱：壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，尤其是涉及一種抑制了由于溫度變化而導(dǎo)致的測量誤差的壓力傳感器。
背景技術(shù)：
目前，作為水壓計、氣壓計、差壓計等，已知一種將壓電振動元件用作壓敏元件的壓力傳感器。在采用了壓電振動元件的壓力傳感器中，當(dāng)向壓電振動元件施加檢測軸方向上的壓力時，壓電振動元件的共振頻率將發(fā)生變化，并根據(jù)該共振頻率的變化來檢測被施加在壓力傳感器上的壓力。在專利文獻(xiàn)1至3中，公開了將壓電振動元件用于壓敏元件中的壓力傳感器。在圖 13中圖示了專利文獻(xiàn)1中所公開的壓力傳感器。在專利文獻(xiàn)1中公開了壓力傳感器201，其特征在于，具有密封外殼202，在其對置的第1壁面203以及第2壁面204上分別具有第1 壓力輸入口 203a和第2壓力輸入口 204a;圓筒形的第1波紋管210，其一端被固定在所述第1壁面203上，且具有與第1壓力輸入口 203a連通的軸孔；圓筒形的第2波紋管211，其一端被固定在所述第2壁面204上，并具有與第2壓力輸入口 20 連通的軸孔，且與所述第1波紋管210直列配置；振動元件粘接基座215，其被固定配置在所述第1波紋管210以及所述第2波紋管211的各個另一端之間；薄板狀的壓電振動元件220，其被所述振動元件粘接基座215所支承；振蕩電路230，其與所述壓電振動元件220上的電極布線導(dǎo)通，其中， 所述壓電振動元件220的一端被固定在所述第2壁面204上，而另一端被固定在所述振動元件粘接基座215上，且在之間隔著第2波紋管211而與壓電振動元件220對置的位置處， 將壓電加固板221固定在所述第2壁面204和所述振動元件粘接基座215之間，而且通過加固用彈性部件250而對所述密封外殼202內(nèi)壁和所述振動元件粘接基座215之間進(jìn)行連接，在專利文獻(xiàn)2中也公開了相同的技術(shù)。專利文獻(xiàn)1中所公開的壓力傳感器201利用了如下原理，即，將第1波紋管210以及第2波紋管211，以直列或同軸狀的方式配置在被保持為真空或惰性環(huán)境的外殼內(nèi)，并將通過施加在各個波紋管的軸孔內(nèi)的壓力而產(chǎn)生的各個波紋管的軸向位移力，傳遞至被配置在密封外殼202內(nèi)的壓電振動元件220，由此使壓電振動元件220的共振頻率發(fā)生變化。而且，通過采用上述結(jié)構(gòu)，從而能夠在不使用昂貴的電沉積波紋管、和復(fù)雜的支承結(jié)構(gòu)的條件下，以低廉的價格實(shí)現(xiàn)高精度的壓力傳感器，而且，通過在振動元件粘接基座215和密封外殼202的內(nèi)壁之間配置加固用彈性部件250，從而能夠提高對于來自和軸向垂直的方向的沖擊的強(qiáng)度。在

圖14中圖示了專利文獻(xiàn)3所涉及的壓力傳感器。在專利文獻(xiàn)3中公開了壓力傳感器310，其具有筒形的外殼312 ；第1隔板314以及第2隔板316，其分別封閉所述外殼312的兩端的開口部；第1反力生成部320，其與所述第1隔板314相連接，并利用第1重物3 而通過杠桿原理，從而將與所述第1隔板314受到的重力相反方向的力施加在所述第1隔板314上；第2反力生成部322，其與所述第2隔板316相連接，并利用第2重物330而通過杠桿原理，從而將與所述第2隔板316受到的重力相反方向的力施加在所述第2隔板316上；壓敏元件318，其被配置于所述外殼312內(nèi)部，并將力的檢測方向設(shè)為檢測軸方向，且將一端連接在所述第1隔板314上，將另一端連接在所述第2重物330上。在上述結(jié)構(gòu)中，通過第1隔板314所受到的壓力從而壓敏元件318在從第1隔板 314被擠壓的方向上接受到應(yīng)力，并通過第2隔板316所受到的壓力從而壓敏元件318在將其拉向第2隔板316的方向上受到應(yīng)力。但是，當(dāng)?shù)?隔板314以及第2隔板316所受到的壓力相等時，雖然壓敏元件318的位置會移動，但是不會施加有任何載荷。因此，能夠測定用于對第1隔板314和第2隔板316之間的壓力差進(jìn)行檢測的相對壓力。另外，由于壓敏元件318的檢測軸和第1隔板314以及第2隔板316的位移方向排列在同軸上，因此能夠正確地測定第1隔板314和第2隔板316之間的壓力差。而且，通過上述結(jié)構(gòu)，由于第1反力生成部320常時施加與如下合力相反方向的力，所述合力為，將由于第1隔板314所受到的重力而產(chǎn)生的撓曲變形的應(yīng)力以及壓敏元件 318所受到的重力合并在一起的合力，且第2反力生成部322常時施加與如下合力相反方向的力，所述合力為，從由于第2隔板316所受到的重力而產(chǎn)生的撓曲變形的應(yīng)力中減去壓敏元件318所受到的重力的合力，因此，第1隔板314以及第2隔板316的因所受到的重力而產(chǎn)生的位移被抵消，并且在壓敏元件318中由于第1隔板314以及第2隔板316所受到重力而產(chǎn)生的應(yīng)力被抵消。由此，壓敏元件318僅檢測出第1隔板314與第2隔板316之間的壓力差，從而得到了如下的壓力傳感器310，其降低了重力加速度的施加方式的變化、以及由此而產(chǎn)生的振動的影響。但是，在存在溫度變化的情況下，在專利文獻(xiàn)1中，由于壓電振動元件220和密封外殼202之間的熱膨脹系數(shù)的不同，在專利文獻(xiàn)3中，由于壓敏元件318和外殼312之間的熱膨脹系數(shù)的不同，因而在壓電振動元件220、壓敏元件318上會產(chǎn)生熱變形，從而存在由此而導(dǎo)致共振頻率發(fā)生變化，進(jìn)而無法準(zhǔn)確地進(jìn)行壓力測定的問題。圖15中圖示了專利文獻(xiàn)4所涉及的壓力傳感器。為了解決上述問題，在專利文獻(xiàn) 4中公開了壓力傳感器410，具有外殼412 ；隔板424，其封閉所述外殼412的開口部422，并具有可撓部和所述可撓部的外側(cè)的邊緣區(qū)域42 ，且所述可撓部的一個主面成為受壓面； 壓敏元件440，其具有壓敏部、和分別被連接在所述壓敏部的兩端的第1基部440a和第2基部440b，并且所述第1基部440a和所述第2基部440b的排列方向與所述隔板424的位移方向平行，并且壓力傳感器410中，所述第1基部440a連接在成為所述受壓面的背面?zhèn)鹊乃龈舭逅?的中央部上，所述第2基部440b經(jīng)由連接構(gòu)件442而連接在所述背面?zhèn)鹊乃鲞吘墔^(qū)域42 上、或者連接在與所述第1基部440a對置的所述外殼412的內(nèi)壁上。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，位于壓敏元件440的檢測軸方向上的一端的第1基部440a，被連接在通過來自外部的壓力而進(jìn)行位移的隔板424的中央部上，位于所述一端的相反側(cè)的另一端上的第2基部440b，經(jīng)由連接構(gòu)件442而被連接在隔板424的邊緣區(qū)域42 上、或者被連接在與所述第1基部440a對置的所述外殼412的內(nèi)壁上，其中，隔板424的邊緣區(qū)域 42 被固定于外殼412上，從而即使受到來自外部的壓力也不會發(fā)生位移。由此，形成了壓敏元件440通過來自外部的壓力而受到壓縮應(yīng)力的、對絕對壓力進(jìn)行測定的壓力傳感器 410。而且，由于壓敏元件440的兩端被連接在隔板424側(cè)，因而能夠降低由于壓敏元件440 的材料和外殼412的材料不同而引起的線膨脹系數(shù)不一致所導(dǎo)致的、隨著溫度變化而產(chǎn)生的壓力測定值的誤差。而且，由于通過利用壓電材料一體地形成壓敏元件440和連接構(gòu)件 442，從而使得壓敏元件440與連接構(gòu)件442之間的熱變形被消除，因而能夠降低壓力測定值的誤差。但是，在專利文獻(xiàn)4的壓力傳感器410中，雖然能夠消除壓敏元件440在檢測軸方向上的熱變形，但是由于連接構(gòu)件442與隔板似4并不是相同的材料，因而在隔板似4和連接構(gòu)件442中與壓敏元件440的檢測軸方向垂直的方向上的成分之間，會產(chǎn)生熱變形。而且，由于連接構(gòu)件442受到該熱變形的影響，因此，最終壓敏元件440將從連接構(gòu)件442處受到熱變形的影響，從而存在無法充分地排除熱變形所造成的影響的問題。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2007-57395號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2005-121628號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2010-25582號公報專利文獻(xiàn)4 日本特開2010-48798號公報

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明著眼于上述問題，其目的在于，提供一種不僅對由于外殼而導(dǎo)致的壓敏元件的熱變形進(jìn)行抑制，而且對由于隔板而導(dǎo)致的壓敏元件的熱變形進(jìn)行抑制的壓力傳感器。本發(fā)明是為了解決上述課題中的至少一部分而完成的，其能夠作為以下的應(yīng)用例來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用例1一種壓力傳感器，其特征在于，具有容器；受壓單元，其構(gòu)成所述容器的一部分， 并受到力而向所述容器的內(nèi)側(cè)或者外側(cè)位移；壓敏元件，其具有壓敏部和被連接在所述壓敏部的兩端的一對基部，且具有與連接所述基部之間的線平行的檢測軸，所述檢測軸以與所述受壓單元的位移方向平行的方式而配置，并且所述壓敏元件通過所述受壓單元的位移而對壓力進(jìn)行檢測，并且，還具有門型的框架，其由一對緩沖部和對所述緩沖部的頂端之間進(jìn)行連接的梁部構(gòu)成，其中，一對所述緩沖部以之間隔著所述壓敏元件的方式而配置，并與所述受壓單元的邊緣部或所述容器的所述受壓單元側(cè)相連接，并且，所述壓敏元件的所述基部中的一個與所述受壓單元相連接，而所述基部中的一個的相反側(cè)的另一個所述基部與所述梁部的長度方向的中央部相連接，當(dāng)將所述壓敏元件的長度設(shè)定為La、將所述壓敏元件的楊氏模量設(shè)定為Ea、將所述壓敏元件的截面面積設(shè)定為\、將所述緩沖部的長度設(shè)定為Lb、將所述緩沖部的楊氏模量設(shè)定為&、將所述緩沖部的截面面積設(shè)定為&時，滿足如下關(guān)系 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于壓敏元件的兩端的基部最終均被連接在受壓單元側(cè)，因此能夠降低由于容器整體的溫度變化而引起的膨脹、收縮所導(dǎo)致的壓敏元件的熱變形。另一方面，在框架和受壓單元之間將產(chǎn)生熱變形。但是，由于相對于該熱應(yīng)力，構(gòu)成框架的緩沖部伸縮的量大于壓敏元件伸縮的量，因此，緩沖部較多地承受作用在框架上的熱變形，從而降低了作用在壓敏元件上的熱變形，由此形成了抑制由于溫度變化而導(dǎo)致的壓力誤差的壓力傳感器。另外，框架能夠連接在容器的受壓單元側(cè)。由此，因?yàn)檫B接在剛性較高的容器上， 所以能夠提高壓敏元件的壓力靈敏度。應(yīng)用例2如應(yīng)用例1所述的壓力傳感器，其特征在于，當(dāng)將所述梁部的長度方向的長度設(shè)定為L。、將所述梁部的楊氏模量設(shè)定為&、將所述梁部的高度設(shè)定為H。、將所述梁部的寬度設(shè)定為W。時，滿足如下關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器，其特征在于，具有 容器；受壓單元，其構(gòu)成所述容器的一部分，并受到力而向所述容器的內(nèi)側(cè)或者外側(cè)位移； 壓敏元件，其具有壓敏部和被連接在所述壓敏部的兩端的一對基部，且具有與連接所述基部之間的線平行的檢測軸，所述檢測軸以與所述受壓單元的位移方向平行的方式而配置，并且所述壓敏元件通過所述受壓單元的位移而對壓力進(jìn)行檢測，所述壓力傳感器還具有框架，其由一對緩沖部和對所述緩沖部的頂端之間進(jìn)行連接的梁部而構(gòu)成，其中，一對所述緩沖部以在其之間隔著所述壓敏元件的方式而配置，并與所述受壓單元的邊緣部或所述容器的所述受壓單元側(cè)相連接， 在所述壓敏元件中，所述基部中的一個與所述受壓單元相連接，且所述基部中的另一個與所述梁部的長度方向的中央部相連接，當(dāng)將所述壓敏元件的長度設(shè)定為La、將所述壓敏元件的楊氏模量設(shè)定為Ea、將所述壓敏元件的截面面積設(shè)定為\、將所述緩沖部的長度設(shè)定為Lb、將所述緩沖部的楊氏模量設(shè)定為&、將所述緩沖部的截面面積設(shè)定為&時，滿足如下關(guān)系
2.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，當(dāng)將所述梁部的長度方向上的長度設(shè)定為L。、將所述梁部的楊氏模量設(shè)定為&、將所述梁部的高度設(shè)定為H。、將所述梁部的寬度設(shè)定為W。時，滿足如下關(guān)系
3.如權(quán)利要求1或2所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓敏元件和所述框架被一體地形成，并且，與所述受壓單元相連接的所述壓敏元件的所述基部的端部、和與所述邊緣部或所述開口部相連接的所述緩沖部的端部，以排列在一條直線上的方式而形成。
4.如權(quán)利要求1或2所述的壓力傳感器，其特征在于， 所述壓敏部為至少一根以上的柱狀梁。
5.如權(quán)利要求1或2所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓敏元件以及所述緩沖部由相同的材料形成，并且在各自的長度方向上被形成為相同的長度。
6.如權(quán)利要求1或2所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓敏元件以及所述緩沖部由相同的壓電材料形成，并且被形成為各自的長度方向成為相同的結(jié)晶取向。
7.如權(quán)利要求5所述的壓力傳感器，其特征在于，所述梁部的長度方向上的兩端以及中央部具有，仿照所述緩沖部的所述頂端以及所述壓敏元件的所述基部的形狀而形成的凹部或狹縫，所述緩沖部以及所述壓敏元件被嵌入至所述凹部或所述狹縫中。
8.如權(quán)利要求5所述的壓力傳感器，其特征在于，所述梁部由具有與所述受壓單元相同的熱膨脹系數(shù)的材料而形成。
9.如權(quán)利要求5所述的壓力傳感器，其特征在于， 所述受壓單元以及所述梁部分別由不銹鋼形成。
10.如權(quán)利要求1或2所述的壓力傳感器，其特征在于，所述受壓單元、所述壓敏元件、所述框架，相對于所述容器還配置有另一組。
11.如權(quán)利要求3所述的壓力傳感器，其特征在于， 所述壓敏部為至少一根以上的柱狀梁。
12.如權(quán)利要求3所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓敏元件以及所述緩沖部由相同的材料形成，并且在各自的長度方向上被形成為相同的長度。
13.如權(quán)利要求4所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓敏元件以及所述緩沖部由相同的材料形成，并且在各自的長度方向上被形成為相同的長度。
14.如權(quán)利要求3所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓敏元件以及所述緩沖部由相同的壓電材料形成，并且被形成為各自的長度方向成為相同的結(jié)晶取向。
15.如權(quán)利要求4所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓敏元件以及所述緩沖部由相同的壓電材料形成，并且被形成為各自的長度方向成為相同的結(jié)晶取向。
16.如權(quán)利要求5所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓敏元件以及所述緩沖部由相同的壓電材料形成，并且被形成為各自的長度方向成為相同的結(jié)晶取向。
17.如權(quán)利要求6所述的壓力傳感器，其特征在于，所述梁部的長度方向上的兩端以及中央部具有，仿照所述緩沖部的所述頂端以及所述壓敏元件的所述基部的形狀而形成的凹部或狹縫，所述緩沖部以及所述壓敏元件被嵌入至所述凹部或所述狹縫中。
18.如權(quán)利要求6所述的壓力傳感器，其特征在于，所述梁部由具有與所述受壓單元相同的熱膨脹系數(shù)的材料而形成。
19.如權(quán)利要求7所述的壓力傳感器，其特征在于，所述梁部由具有與所述受壓單元相同的熱膨脹系數(shù)的材料而形成。
20.一種壓力傳感器，其特征在于，具有 容器；受壓單元，其構(gòu)成所述容器的一部分，并受到力而向所述容器的內(nèi)側(cè)或者外側(cè)位移； 壓敏元件，其具有壓敏部和被連接在所述壓敏部的兩端的一對基部，且具有與連接所述基部之間的線平行的檢測軸，所述檢測軸以與所述受壓單元的位移方向平行的方式而配置，并且所述壓敏元件通過所述受壓單元的位移而對壓力進(jìn)行檢測， 所述壓力傳感器還具有一對緩沖部，其以在其之間隔著所述壓敏元件的方式而配置，并且其一側(cè)端部與所述受壓單元的邊緣部或所述容器的所述受壓單元側(cè)相連接； 梁部，其對一對所述緩沖部的另一側(cè)端部之間進(jìn)行連接， 在所述壓敏元件中，所述基部中的一個與所述受壓單元相連接，且所述基部中的另一個與所述梁部的中央部相連接，所述壓敏元件的材料和所述緩沖部的材料為相同種類的材料，所述梁部的材料和所述受壓單元的材料為相同種類的材料，或者熱膨脹系數(shù)相同。
21.如權(quán)利要求20所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓敏元件具有振動部，且所述壓敏元件為，根據(jù)該振動部從所述檢測軸的方向受到的力從而共振頻率發(fā)生變化的、頻率變化型的壓敏元件。
全文摘要
一種壓力傳感器，減少了隨溫度變化產(chǎn)生的壓力測定值誤差。其具有容器；受壓單元，構(gòu)成容器一部分，并受力向容器內(nèi)側(cè)或外側(cè)位移；壓敏元件，具有壓敏部、連接在壓敏部兩端的一對基部及平行于連接基部之間的線的檢測軸，該檢測軸與受壓單元位移方向平行配置，并通過受壓單元的位移來檢測壓力，具有由一對緩沖部和連接緩沖部頂端間的梁部構(gòu)成的門型框架，一對緩沖部隔著壓敏元件配置，并與受壓單元邊緣部或容器受壓單元側(cè)連接，壓敏元件的一個基部與受壓單元連接，一個基部相反側(cè)的另一個基部與梁部長度方向中央部連接，壓敏元件長度LA、壓敏元件楊氏模量EA、壓敏元件截面面積SA、緩沖部長度LB、緩沖部楊氏模量EB、緩沖部截面面積SB滿足如下關(guān)系
文檔編號G01L19/04GK102435383SQ201110243118
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者佐藤健太 申請人:精工愛普生株式會社