知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024062555
(43)【公開日】2024-05-10
(54)【発明の名称】圧力センサ
(51)【国際特許分類】
G01L 13/00 20060101AFI20240501BHJP
【ＦＩ】
G01L13/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022170459
(22)【出願日】2022-10-25
(71)【出願人】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】東條 博史
(72)【発明者】
【氏名】津嶋 鮎美
【テーマコード（参考）】
2F055
【Ｆターム（参考）】
2F055AA40
2F055BB03
2F055BB05
2F055CC02
2F055DD05
2F055EE13
2F055FF49
2F055GG31
(57)【要約】
【課題】被測定流体の差圧及び静圧を簡便な構成により検出する。
【解決手段】差圧センサ１０は、被測定流体の高圧側の圧力ＨＰを受けて変形するダイアフラム１２Ｈと、被測定流体の低圧側の圧力ＬＰを受けて変形するダイアフラム１２Ｌと、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌの各変形を電気信号ＥＨ及びＥＬにそれぞれ変換する変換回路１５と、を備える。差圧センサ１０は、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌを支持し、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌの各変形を連動させる連動オイルＯが充填された支持部材１１と、電気信号ＥＨ及びＥＬに基づいて、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌが異なる側に凸に変形する差圧と、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌがともに同じ側に凸に変形する前記流体の静圧と、を検出する処理回路１６と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】差圧センサ１０は、被測定流体の高圧側の圧力ＨＰを受けて変形するダイアフラム１２Ｈと、被測定流体の低圧側の圧力ＬＰを受けて変形するダイアフラム１２Ｌと、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌの各変形を電気信号ＥＨ及びＥＬにそれぞれ変換する変換回路１５と、を備える。差圧センサ１０は、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌを支持し、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌの各変形を連動させる連動オイルＯが充填された支持部材１１と、電気信号ＥＨ及びＥＬに基づいて、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌが異なる側に凸に変形する差圧と、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌがともに同じ側に凸に変形する前記流体の静圧と、を検出する処理回路１６と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体の第１圧力を受けて変形する第１ダイアフラムと、
前記流体の第２圧力を受けて変形する第２ダイアフラムと、
前記第１ダイアフラムの変形を第１電気信号に変換し、かつ、前記第２ダイアフラムの変形を第２電気信号に変換する変換回路と、
前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとを支持する支持部材であり、前記第１ダイアフラムの変形と前記第２ダイアフラムの変形とを連動させる連動流体が充填された支持部材と、
前記第１電気信号及び前記第２電気信号に基づいて、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムが異なる側に凸に変形する前記第１圧力と前記第２圧力との差圧と、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムがともに同じ側に凸に変形する前記流体の静圧と、を検出する処理回路と、
を備える圧力センサ。
前記流体の第２圧力を受けて変形する第２ダイアフラムと、
前記第１ダイアフラムの変形を第１電気信号に変換し、かつ、前記第２ダイアフラムの変形を第２電気信号に変換する変換回路と、
前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとを支持する支持部材であり、前記第１ダイアフラムの変形と前記第２ダイアフラムの変形とを連動させる連動流体が充填された支持部材と、
前記第１電気信号及び前記第２電気信号に基づいて、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムが異なる側に凸に変形する前記第１圧力と前記第２圧力との差圧と、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムがともに同じ側に凸に変形する前記流体の静圧と、を検出する処理回路と、
を備える圧力センサ。
【請求項2】
前記連動流体の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記処理回路は、前記温度センサにより検出される前記連動流体の温度に基づいて前記静圧を補正する、
請求項１に記載の圧力センサ。
前記処理回路は、前記温度センサにより検出される前記連動流体の温度に基づいて前記静圧を補正する、
請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項3】
前記処理回路は、検出した前記静圧が所定基準を超えて大きくなったときに前記連動流体の前記支持部材からのリークを検出する、
請求項１又は２に記載の圧力センサ。
請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項4】
前記処理回路は、前記第１電気信号が示す第１の値と前記第２電気信号が示す第２の値との和及び差のいずれか一方に基づいて前記差圧を検出し、前記第１の値と前記第２の値との前記和及び差の他方に基づいて前記静圧を検出する、
請求項１に記載の圧力センサ。
請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項5】
前記変換回路は、
前記第１ダイアフラムの変形を前記第１電気信号に変換する、第１ノードを介して直列に接続された２つの第１歪みゲージと、
前記第２ダイアフラムの変形を前記第２電気信号に変換する、第２ノードを介して直列に接続された２つの第２歪みゲージと、を備え、
前記第１ノードから前記第１電気信号を出力し、
前記第２ノードから前記第２電気信号を出力する、
請求項４に記載の圧力センサ。
前記第１ダイアフラムの変形を前記第１電気信号に変換する、第１ノードを介して直列に接続された２つの第１歪みゲージと、
前記第２ダイアフラムの変形を前記第２電気信号に変換する、第２ノードを介して直列に接続された２つの第２歪みゲージと、を備え、
前記第１ノードから前記第１電気信号を出力し、
前記第２ノードから前記第２電気信号を出力する、
請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項6】
前記変換回路は、
ブリッジ接続された複数の歪みゲージを備え、前記第１ダイアフラムの変形を前記第１電気信号に変換する第１フルブリッジ回路と、
ブリッジ接続された複数の歪みゲージを備え、前記第２ダイアフラムの変形を前記第２電気信号に変換する第２フルブリッジ回路と、を備え、
前記処理回路は、前記第１電気信号が示す第１の値と前記第２電気信号が示す第２の値との和及び差のいずれか一方に基づいて前記差圧を検出し、他方に基づいて前記静圧を検出する、
請求項１に記載の圧力センサ。
ブリッジ接続された複数の歪みゲージを備え、前記第１ダイアフラムの変形を前記第１電気信号に変換する第１フルブリッジ回路と、
ブリッジ接続された複数の歪みゲージを備え、前記第２ダイアフラムの変形を前記第２電気信号に変換する第２フルブリッジ回路と、を備え、
前記処理回路は、前記第１電気信号が示す第１の値と前記第２電気信号が示す第２の値との和及び差のいずれか一方に基づいて前記差圧を検出し、他方に基づいて前記静圧を検出する、
請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項7】
前記第２電気信号は、第２－１電気信号及び第２－２電気信号を含み、
前記変換回路は、
前記第１ダイアフラムの変形を前記第１電気信号に変換する、第３ノードを介して直列に接続された２つの第３歪みゲージと、
前記第２ダイアフラムの変形を前記第２－１電気信号に変換する、第４ノードを介して直列に接続された２つの第４歪みゲージと、
前記第２ダイアフラムの変形を前記第２－２電気信号に変換する、第５ノードを介して直列に接続された２つの第５歪みゲージと、を備え、
前記第３ノードから前記第１電気信号を出力し、
前記第４ノードから前記第２－１電気信号を出力し、
前記第５ノードから前記第２－２電気信号を出力し、
前記２つの第４歪みゲージ及び前記２つの第５歪みゲージは、前記第２ダイアフラムの変形により、前記第２－１電気信号が示す第２－１の値と前記第２－２電気信号が示す第２－２の値とが当該第２ダイアフラムの非変形時の値から正負逆に同じ値だけ変化するように構成されており、
前記処理回路は、
前記第１電気信号が示す第１の値と前記第２－１の値との和及び差のいずれか一方に基づいて前記差圧を検出し、
前記第１の値と前記第２－２の値との前記和及び差のいずれか前記一方に基づいて前記静圧を検出する、
請求項１に記載の圧力センサ。
前記変換回路は、
前記第１ダイアフラムの変形を前記第１電気信号に変換する、第３ノードを介して直列に接続された２つの第３歪みゲージと、
前記第２ダイアフラムの変形を前記第２－１電気信号に変換する、第４ノードを介して直列に接続された２つの第４歪みゲージと、
前記第２ダイアフラムの変形を前記第２－２電気信号に変換する、第５ノードを介して直列に接続された２つの第５歪みゲージと、を備え、
前記第３ノードから前記第１電気信号を出力し、
前記第４ノードから前記第２－１電気信号を出力し、
前記第５ノードから前記第２－２電気信号を出力し、
前記２つの第４歪みゲージ及び前記２つの第５歪みゲージは、前記第２ダイアフラムの変形により、前記第２－１電気信号が示す第２－１の値と前記第２－２電気信号が示す第２－２の値とが当該第２ダイアフラムの非変形時の値から正負逆に同じ値だけ変化するように構成されており、
前記処理回路は、
前記第１電気信号が示す第１の値と前記第２－１の値との和及び差のいずれか一方に基づいて前記差圧を検出し、
前記第１の値と前記第２－２の値との前記和及び差のいずれか前記一方に基づいて前記静圧を検出する、
請求項１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】
測定対象の流体である被測定流体の第１圧力（例えば、高圧）を受けて変形する第１ダイアフラムと、被測定流体の第２圧力（例えば、低圧）を受けて変形する第２ダイアフラムと、を備え、第１圧力と第２圧力との差圧を検出する圧力センサ（差圧センサ）が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－８９２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記圧力センサでは、被測定流体の静圧を検出できないとの不都合がある。上記圧力センサに、静圧を検出するためのダイアフラムを別途設けることも考えられるが、この場合、圧力センサの構造が複雑化する。
【0005】
本発明は、被測定流体の差圧及び静圧を簡便な構成により検出することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明に係る圧力センサは、流体の第１圧力を受けて変形する第１ダイアフラムと、前記流体の第２圧力を受けて変形する第２ダイアフラムと、前記第１ダイアフラムの変形を第１電気信号に変換し、かつ、前記第２ダイアフラムの変形を第２電気信号に変換する変換回路と、前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとを支持する支持部材であり、前記第１ダイアフラムの変形と前記第２ダイアフラムの変形とを連動させる連動流体が充填された支持部材と、前記第１電気信号及び前記第２電気信号に基づいて、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムが異なる側に凸に変形する前記第１圧力と前記第２圧力との差圧と、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムがともに同じ側に凸に変形する前記流体の静圧と、を検出する処理回路と、を備える。
【0007】
一例として、上記圧力センサは、前記連動流体の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記処理回路は、前記温度センサにより検出される前記連動流体の温度に基づいて前記静圧を補正する。
【0008】
一例として、前記処理回路は、検出した前記静圧が所定基準を超えて大きくなったときに前記連動流体の前記支持部材からのリークを検出する。
【0009】
一例として、前記処理回路は、前記第１電気信号が示す第１の値と前記第２電気信号が示す第２の値との和及び差のいずれか一方に基づいて前記差圧を検出し、前記第１の値と前記第２の値との前記和及び差の他方に基づいて前記静圧を検出する。
【0010】
一例として、前記変換回路は、前記第１ダイアフラムの変形を前記第１電気信号に変換する、第１ノードを介して直列に接続された２つの第１歪みゲージと、前記第２ダイアフラムの変形を前記第２電気信号に変換する、第２ノードを介して直列に接続された２つの第２歪みゲージと、を備え、前記第１ノードから前記第１電気信号を出力し、前記第２ノードから前記第２電気信号を出力する。
【0011】
一例として、前記変換回路は、ブリッジ接続された複数の歪みゲージを備え、前記第１ダイアフラムの変形を前記第１電気信号に変換する第１フルブリッジ回路と、ブリッジ接続された複数の歪みゲージを備え、前記第２ダイアフラムの変形を前記第２電気信号に変換する第２フルブリッジ回路と、を備え、前記処理回路は、前記第１電気信号が示す第１の値と前記第２電気信号が示す第２の値との和及び差のいずれか一方に基づいて前記差圧を検出し、他方に基づいて前記静圧を検出する。
【0012】
一例として、前記第２電気信号は、第２－１電気信号及び第２－２電気信号を含み、前記変換回路は、前記第１ダイアフラムの変形を前記第１電気信号に変換する、第３ノードを介して直列に接続された２つの第３歪みゲージと、前記第２ダイアフラムの変形を前記第２－１電気信号に変換する、第４ノードを介して直列に接続された２つの第４歪みゲージと、前記第２ダイアフラムの変形を前記第２－２電気信号に変換する、第５ノードを介して直列に接続された２つの第５歪みゲージと、を備え、前記第３ノードから前記第１電気信号を出力し、前記第４ノードから前記第２－１電気信号を出力し、前記第５ノードから前記第２－２電気信号を出力し、前記２つの第４歪みゲージ及び前記２つの第５歪みゲージは、前記第２ダイアフラムの変形により、前記第２－１電気信号が示す第２－１の値と前記第２－２電気信号が示す第２－２の値とが当該第２ダイアフラムの非変形時の値から正負逆に同じ値だけ変化するように構成されており、前記処理回路は、前記第１電気信号が示す第１の値と前記第２－１の値との和及び差のいずれか一方に基づいて前記差圧を検出し、前記第１の値と前記第２－２の値との前記和及び差のいずれか前記一方に基づいて前記静圧を検出する。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、被測定流体の差圧と静圧とを簡便な構成により検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態及びその変形例について、図面を参照して説明する。
【0016】
（実施形態）
図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る圧力センサ１０は、支持部材１１と、ダイアフラム層１２と、シール部材１３と、導圧部材１４と、変換回路１５と、処理回路１６と、を備える。圧力センサ１０は、測定対象の流体である被測定流体（例えば、所定の配管を流れる流体）の高圧側の圧力ＨＰと、低圧側の圧力ＬＰとの差圧を検出するように構成されている。さらに、圧力センサ１０は、被測定流体の静圧も検出するように構成されている。圧力センサ１０は、例えば差圧発信機の差圧検出部として構成される。
図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る圧力センサ１０は、支持部材１１と、ダイアフラム層１２と、シール部材１３と、導圧部材１４と、変換回路１５と、処理回路１６と、を備える。圧力センサ１０は、測定対象の流体である被測定流体（例えば、所定の配管を流れる流体）の高圧側の圧力ＨＰと、低圧側の圧力ＬＰとの差圧を検出するように構成されている。さらに、圧力センサ１０は、被測定流体の静圧も検出するように構成されている。圧力センサ１０は、例えば差圧発信機の差圧検出部として構成される。
【0017】
支持部材１１は、ダイアフラム層１２を支持する。支持部材１１は、第１層１１Ａと第２層１１Ｂとを積層した積層構造を有する。第１層１１Ａには、上下方向に貫通する貫通孔１１Ｄが設けられている。第２層１１Ｂの下面には、凹部からなるダイアフラム室１１Ｈ及び１１Ｌが設けられている。第１層１１Ａから第２層１１Ｂにわたってダイアフラム室１１Ｈ及び１１Ｌを互いに連通させる連通路１１Ｅが設けられている。貫通孔１１Ｄと連通路１１Ｅとは繋がっている。貫通孔１１Ｄの上部は、シール部材１３でシールされている。
【0018】
ダイアフラム層１２は、第２層１１Ｂの下面に固定されている。ダイアフラム層１２は、第２層１１Ｂのダイアフラム室１１Ｈ及び１１Ｌを覆い、これらをシールしている。ダイアフラム層１２のうちダイアフラム室１１Ｈを覆う部分をダイアフラム１２Ｈともいう。ダイアフラム１２Ｈは、支持部材１１に支持され、圧力ＨＰを受けて変形する。ダイアフラム層１２のうちダイアフラム室１１Ｌを覆う部分をダイアフラム１２Ｌともいう。ダイアフラム１２Ｌは、支持部材１１に支持され、圧力ＬＰを受けて変形する。
【0019】
ダイアフラム層１２及びシール部材１３によりシールされた、貫通孔１１Ｄ、連通路１１Ｅ、ダイアフラム室１１Ｈ及び１１Ｌには、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌの各変形を連動させる連動流体としての連動オイルＯが充填されている。
【0020】
導圧部材１４は、ダイアフラム層１２の下面に固定され、上下方向に延びた貫通孔からなる導圧路１４Ｈ及び１４Ｌを有する。導圧路１４Ｌは、低圧側の圧力ＬＰを、ダイアフラム１２Ｌに導く。導圧路１４Ｈは、高圧側の圧力ＨＰを、ダイアフラム１２Ｈに導く。
【0021】
この実施の形態では、高圧側の圧力ＨＰによりダイアフラム１２Ｈが、支持部材１１側（上側）に凸に変形する（図２の一点鎖線参照）。このダイアフラム１２Ｈの変形は、連動オイルＯを介して、ダイアフラム１２Ｌに伝達され、ダイアフラム１２Ｌは、支持部材１１側とは反対側（下側）に凸に変形する（図２の一点鎖線参照）。ダイアフラム１２Ｌには、低圧側の圧力ＬＰが加わるが、圧力ＨＰ＞圧力ＬＰの関係から、ダイアフラム１２Ｌは、支持部材１１側とは反対側に凸に変形する。このように、圧力ＨＰと圧力ＬＰとの差である差圧の発生時は、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌが、異なる側（ここでは、上下反対方向）に凸に変形する。
【0022】
ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌの両者には、被測定流体からの静圧も加わる。静圧は、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌを同じ側（ここでは、同方向である上方向）に押す。この静圧により、支持部材１１側に凸に変形したダイアフラム１２Ｈは支持部材１１側にさらに変形し、支持部材１１側と反対側に凸に変形したダイアフラム１２Ｌは支持部材１１側に押し戻され、その分、連動オイルＯが収縮する。被測定流体が流れていないとき、つまり、圧力ＨＰ＝圧力ＬＰで差圧が発生していないとき、被測定流体からの静圧は、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌの両者を同じ側つまり支持部材１１側に押す。これにより、連動オイルＯが圧縮し、その圧縮分、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌが、図３に示すように支持部材１１側に凸に変形する。
【0023】
図１及び図２に戻り、ダイアフラム室１１Ｈの内面は、ダイアフラム１２Ｈが支持部材１１側に凸に大きく変形したときに、このダイアフラム１２Ｈに当接して、ダイアフラム１２Ｈのそれ以上の変形を規制するストッパ面１１ＨＡ（過大圧保護機構とも呼ばれる）となっている。同様に、ダイアフラム室１１Ｌの内面もダイアフラム１２Ｌの過大な変形を規制するストッパ面１１ＬＡとなっている。ストッパ面１１ＨＡ及び１１ＬＡは、曲面形状、例えば、非球面形状に形成されている。
【0024】
変換回路１５は、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌの各変形（ここでは、変形量及び変形方向）を、電気信号ＥＨ及びＥＬに変換するように構成されている。処理回路１６は、ダイアフラム１２Ｈに設けられかつ直列に接続された歪みゲージＳ１及びＳ２と、ダイアフラム１２Ｌに設けられかつ直列に接続された歪みゲージＳ３及びＳ４と、を備える。歪みゲージＳ１～Ｓ４のそれぞれは、例えば、ｎ型の単結晶シリコンからなるダイアフラム層１２に、ｐ型不純物であるホウ素を導入して構成されたピエゾ抵抗素子からなる。
【0025】
歪みゲージＳ１及びＳ２の抵抗値は、ダイアフラム１２Ｈの変形により変化する。歪みゲージＳ３及びＳ４の抵抗値は、ダイアフラム１２Ｌの変形により変化する。歪みゲージＳ１及びＳ２の組、及び、歪みゲージＳ３及びＳ４の組の各両端には、直流電源ＶＳからの駆動電圧Ｖが印加される。直流電源ＶＳのマイナス端子は、基準電位に接続されている。
【0026】
２つの歪みゲージＳ１及びＳ２を接続しているノードＮ１からは、歪みゲージＳ１及びＳ２の各抵抗値により駆動電圧Ｖを分圧した電圧ＶＨ（基準電位を０Ｖとした電位ＶＨともいう）を示す電気信号ＥＨが出力される。電圧ＶＨは、ダイアフラム１２Ｈの変形に応じて変化する。つまり、ダイアフラム１２Ｈの変形は、電圧ＶＨに変換される。この点を、以下に詳細に説明する。
【0027】
歪みゲージＳ１及びＳ２は、ダイアフラム１２Ｈの非変形時（平坦の形状時）に同形状であり、同じ抵抗値を有する。歪みゲージＳ１は、ダイアフラム１２Ｈの径方向に沿って延び、歪みゲージＳ２は、ダイアフラム１２Ｈの周方向の接線方向に沿って延びている。これにより、ダイアフラム１２Ｈが変形したとき、歪みゲージＳ１及びＳ２は、互いに異なる形状に変形し、その結果、これらの各抵抗値が、互いに異なる値に変化する。従って、電圧ＶＨは、ダイアフラム１２Ｈの変形量に応じて変化する。
【0028】
さらに、歪みゲージＳ１及びＳ２は、ダイアフラム層１２つまりダイアフラム１２Ｈよりも薄く、ダイアフラム層１２の上面側又は下面側の位置に偏在する。これにより、ダイアフラム１２Ｈが支持部材１１側に凸に変形するかその反対側に凸に変形するかに応じて、歪みゲージＳ１及びＳ２の変形態様が異なる。このため、電圧ＶＨは、ダイアフラム１２Ｈの変形の方向により、ダイアフラム１２Ｈの非変形時の電圧値を基準として正負逆に変化する。ここでは、ダイアフラム１２Ｈが支持部材１１側に凸に変形したときに、電圧ＶＨが増加して駆動電圧Ｖに近づくように、歪みゲージＳ１及びＳ２が構成されている。ダイアフラム１２Ｈがその反対側に凸に変形したときには、電圧ＶＨが減少して０Ｖに近づくつまり電位ＶＨが基準電位に近づく。
【0029】
２つの歪みゲージＳ３及びＳ４を接続しているノードＮ２からは、歪みゲージＳ３及びＳ４の各抵抗値により駆動電圧Ｖを分圧した電圧ＶＬ（基準電位を０Ｖとした電位ＶＬともいう）を示す電気信号ＥＬが出力される。電圧ＶＬは、ダイアフラム１２Ｌの変形に応じて変化する。つまり、ダイアフラム１２Ｌの変形は、電圧ＶＬに変換される。電圧ＶＬの変化の原理は、電圧ＶＨの変化と同様である。歪みゲージＳ３の説明は、歪みゲージＳ１の説明に順じ、歪みゲージＳ４の説明は、歪みゲージＳ２の説明に順じる。電圧ＶＬは、電圧ＶＨと同様に、ダイアフラム１２Ｌが支持部材１１側に凸に変形したときに、増加して駆動電圧Ｖに近づく。
【0030】
処理回路１６には、ノードＮ１及びＮ２からの電気信号ＥＨ及びＥＬが、ボンディングパッドなどからなる端子Ｔ１及びＴ２を介してそれぞれ入力される。処理回路１６は、マイコンなどのプロセッサを含んで構成されている。
【0031】
処理回路１６は、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌを異なる側（支持部材１１側及びその反対側）にそれぞれ凸に変形させる差圧を、電気信号ＥＨ及びＥＬに基づいて検出する。上述のように、電圧ＶＨの増加のときのダイアフラム１２Ｈの変形方向と、電圧ＶＬの増加のときのダイアフラム１２Ｌの変形方向とは同じである。従って、処理回路１６は、電気信号ＥＨが示す電圧ＶＨと、電気信号ＥＬが示す電圧ＶＬとの差に基づいて差圧を検出できる。一例として、処理回路１６は、電圧ＶＨから電圧ＶＬを減じた差を求めることで、当該差を差圧として検出する。処理回路１６は、電圧ＶＨから電圧ＶＬを減じた値と、所定の計算式及び又はテーブルと、に基づいて、実際の差圧の値を導出することで、前記差圧を検出してもよい。
【0032】
処理回路１６は、さらに、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌをともに同じ側（支持部材１１側）に凸に変形させる被測定流体の静圧も、電気信号ＥＨ及びＥＬに基づいて検出する。処理回路１６は、差圧とは異なり、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの和に基づいて静圧を検出できる。一例として、処理回路１６は、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの和を求めることで、当該和を静圧として検出する。処理回路１６は、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの和の値と、所定の計算式及び又はテーブルと、に基づいて、実際の静圧の値を導出することで、前記静圧を検出してもよい。
【0033】
処理回路１６は、検出した差圧及び又は静圧を圧力センサ１０の外部の装置（表示装置、上位装置、端末装置など）に出力する。
【0034】
上述のように、被測定流体の静圧は、連動オイルＯを圧縮させる。このような連動オイルＯの圧縮は、例えば、シール部材１３が破損する又は支持部材１１から外れるといった事態を生じさせる。この事態により、連動オイルＯは、支持部材１１の外部にリークする。このリークにより、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌは、被測定流体からの静圧により支持部材１１側に凸に大きく変形し、支持部材１１のストッパ面１１ＨＡ及び１１ＬＡにそれぞれ着底してしまう（図４参照）。換言すると、処理回路１６で検出される静圧が大きくなる。そこで、本実施形態では、処理回路１６が、上記で検出した静圧を監視し、監視している静圧が所定基準を超えて大きくなったときに、連動オイルＯの支持部材１１からのリークを検出する。一例として、処理回路１６は、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの和が所定の閾値を超えたかを監視し、超えたと判別したときに連動オイルＯのリークが発生したと判別する。他の例として、処理回路１６は、電圧ＶＨと電圧ＶＬとを監視し、両者のそれぞれが予め設定された同じ又は異なる各閾値をそれぞれ超えたかを監視し、超えたと判別したときに連動オイルＯのリークが発生したと判別する。処理回路１６は、連動オイルＯのリークを検出した場合、その旨を外部の装置に出力する。
【0035】
以上説明したように、本実施形態によれば、差圧を検出するためにもともと使用されているダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌを用いて静圧も検出される。従って、静圧検出用のダイアフラムを別途設けることなく、簡便な構成により、差圧及び静圧が検出される。
【0036】
また、検出された静圧に基づいて連動オイルＯのリークが検出可能となっているので、リーク検出専用の回路及び又は機構などを用いない簡便な構成により当該リークが検出される。また、これにより、リークの検出に必要な消費電流も低減される。
【0037】
また、この実施形態では、ダイアフラム１２Ｈ用の、ノードＮ１を介して直列に接続された２つの歪みゲージＳ１及びＳ２と、ダイアフラム１２Ｌ用の、ノードＮ２を介しての直列に接続された２つの歪みゲージＳ３及びＳ４と、の簡便な回路構成により上記静圧及び差圧の検出、静圧の監視、及び、リークの検出を行うことができる。
【0038】
連動オイルＯは、その温度によっても収縮する。この収縮によっても、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌは変形することがある。この変形は、静圧に起因するものではないため、静圧の検出精度を低下させる。そこで、図１に示すように、圧力センサ１０は、温度センサ１７をさらに備えてもよい。温度センサ１７は、連動オイルＯの温度を直接又は間接的に検出できる位置に設けられればよい。処理回路１６は、温度センサ１７が検出した温度に基づいて、上記で検出した静圧を補正してもよい。処理回路１６は、補正後の静圧を、自身が検出した被測定流体の静圧として用いてもよい。つまり、処理回路１６により検出される静圧は、補正後の静圧を含む。
【0039】
補正の一例として、処理回路１６は、温度と補正値との関係を示す計算式又はテーブルを用いて、温度センサ１７が検出した温度に応じた補正値を導出し、導出した補正値と上記で検出した静圧とを用いた演算により、補正後の静圧を導出する。他の例として、処理回路１６は、温度及び補正前の静圧と補正後の静圧との関係を示す計算式又はテーブルを用いて、温度センサ１７が検出した温度及び上記で検出した静圧に応じた補正後の静圧を導出してもよい。
【0040】
ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌの形状は任意であるが、両者を同形状とするとよい。これにより、クロストーク（非測定流体が流れているときの静圧感度、被測定流体が流れていないときの差圧感度）が低減される。また、歪みゲージＳ１～Ｓ４をブリッジ回路とし、電位ＶＨ及びＶＬの差をブリッジ回路の出力として取得する回路を処理回路１６に設けてもよい。つまり、処理回路１６において、電位ＶＨ及びＶＬの差をアナログ回路により導出し、導出した差をアナログデジタル変換してプロセッサにより処理してもよい。
【0041】
電圧ＶＨの増加のときのダイアフラム１２Ｈの変形方向と、電圧ＶＬの増加のときのダイアフラム１２Ｌの変形方向と、が異なる側となるように変換回路１５を構成してもよい。この場合、処理回路１６は、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの和に基づいて差圧を検出し、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの差に基づいて静圧を検出すればよい。
【0042】
（変形例１）
本変形例に係る圧力センサ２０は、変換回路１５の代わりに、図５に示すようなフルブリッジの変換回路２５を有する。以下、圧力センサ２０の構成を、圧力センサ１０と異なる点を中心に説明する。以下で言及していない説明は、圧力センサ１０の説明と同じである。
本変形例に係る圧力センサ２０は、変換回路１５の代わりに、図５に示すようなフルブリッジの変換回路２５を有する。以下、圧力センサ２０の構成を、圧力センサ１０と異なる点を中心に説明する。以下で言及していない説明は、圧力センサ１０の説明と同じである。
【0043】
変換回路２５は、ダイアフラム１２Ｈの変形を電気信号ＥＨに変換するフルブリッジ回路Ｂ１と、ダイアフラム１２Ｌの変形を電気信号ＥＬに変換するフルブリッジ回路Ｂ２と、を備える。
【0044】
フルブリッジ回路Ｂ１は、ブリッジ接続された複数の歪みゲージＳ１１～Ｓ１４を備える。歪みゲージＳ１１及びＳ１２は直列に接続され、歪みゲージＳ１３及びＳ１４は直列に接続されている。歪みゲージＳ１１及びＳ１２の組と、歪みゲージＳ１３及びＳ１４の組とは、並列に接続されている。歪みゲージＳ１１及びＳ１４は、ダイアフラム１２Ｈの径方向に沿って延び、歪みゲージＳ１２及びＳ１３は、ダイアフラム１２Ｈの周方向の接線方向に沿って延びている。フルブリッジ回路Ｂ１は、歪みゲージＳ１１及びＳ１２を接続しているノードＮ１１と、歪みゲージＳ１３及びＳ１４を接続しているノードＮ１２との間の電圧ＶＨを示す電気信号ＥＨを、端子Ｔ１１及びＴ１２を介して処理回路１６に入力する。フルブリッジ回路Ｂ１つまり歪みゲージＳ１１～Ｓ１４は、ダイアフラム１２Ｈが変形していないときに電圧ＶＨが０Ｖとなるように構成されている。また、フルブリッジ回路Ｂ１は、ダイアフラム１２Ｈが支持部材１１側に凸に変形するほど電圧ＶＨが増加し、ダイアフラム１２Ｈが支持部材１１と反対側に凸に変形するほど電圧ＶＨが減少する（負の値となる）、ように構成されている。
【0045】
フルブリッジ回路Ｂ２は、ブリッジ接続された複数の歪みゲージＳ２１～Ｓ２４を備える。歪みゲージＳ２１及びＳ２２は直列に接続され、歪みゲージＳ２３及びＳ２４は直列に接続されている。歪みゲージＳ２１及びＳ２２の組と、歪みゲージＳ２３及びＳ２４の組とは、並列に接続されている。歪みゲージＳ２１及びＳ２４は、ダイアフラム１２Ｌの径方向に沿って延び、歪みゲージＳ２２及びＳ２３は、ダイアフラム１２Ｌの周方向の接線方向に沿って延びている。フルブリッジ回路Ｂ２は、歪みゲージＳ２１及びＳ２２を接続しているノードＮ２１と、歪みゲージＳ２３及びＳ２４を接続しているノードＮ２２との間の電圧ＶＬを示す電気信号ＥＬを、端子Ｔ２１及びＴ２２を介して処理回路１６に入力する。フルブリッジ回路Ｂ２つまり歪みゲージＳ２１～Ｓ２４は、ダイアフラム１２Ｌが変形していないときに電圧ＶＨが０Ｖとなるように構成されている。また、フルブリッジ回路Ｂ２は、ダイアフラム１２Ｌが支持部材１１側に凸に変形するほど電圧ＶＬが増加し、ダイアフラム１２Ｌが支持部材１１と反対側に凸に変形するほど電圧ＶＬが減少する（負の値となる）、ように構成されている。
【0046】
処理回路１６は、上記実施の形態と同様に、電気信号ＥＨ及びＥＬに基づいて、差圧及び静圧を導出する。ここでは、電圧ＶＨの増加のときのダイアフラム１２Ｈの変形方向と、電圧ＶＬの増加のときのダイアフラム１２Ｌの変形方向と、が同じ側となるように変換回路１５が構成されている。従って、処理回路１６は、上記実施形態と同様に、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの差に基づいて差圧を検出し、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの和に基づいて静圧を検出する。差圧及び静圧の導出方法については、上記実施形態と同様である。
【0047】
フルブリッジ回路により、回路構成が複雑化するが、電圧ＶＨ及びＶＬの各絶対値を上記実施形態よりも大きくできる。これにより、圧力センサ１０のセンサ感度が大きくなる。
【0048】
電圧ＶＨの増加のときのダイアフラム１２Ｈの変形方向と、電圧ＶＬの増加のときのダイアフラム１２Ｌの変形方向とが異なる側、つまり、一方が支持部材１１側で他方がその反対側となるように変換回路２５が構成されてもよい。この場合、処理回路１６は、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの和に基づいて差圧を検出し、電圧ＶＨと電圧ＶＬとの差に基づいて静圧を検出する。
【0049】
（変形例２）
本変形例に係る圧力センサ３０は、変換回路２５の代わりに、図６に示すような変換回路３５を有する。以下、圧力センサ３０の構成を、圧力センサ１０及び２０と異なる点を中心に説明する。以下で言及していない説明は、圧力センサ１０及び２０の説明と同じである。
本変形例に係る圧力センサ３０は、変換回路２５の代わりに、図６に示すような変換回路３５を有する。以下、圧力センサ３０の構成を、圧力センサ１０及び２０と異なる点を中心に説明する。以下で言及していない説明は、圧力センサ１０及び２０の説明と同じである。
【0050】
変換回路３５は、変換回路２５から歪みゲージＳ１３及びＳ１４を除いた回路構成を有する。変換回路３５のブリッジ回路Ｂ２は、ノードＮ２１及びＮ２２から電気信号ＥＬを出力する。電気信号ＥＬは、ノードＮ２１から出力される電圧ＶＬ＋を示す電気信号ＥＬ＋と、ノードＮ２２から出力される電圧ＶＬ－を示す電気信号ＥＬ－とを含む。電圧ＶＬ＋と電圧ＶＬ－とは、ダイアフラム１２Ｌの非変形時の値から正負逆に同じ値だけ変化する。ダイアフラム１２Ｌが支持部材１１側に凸に変形したとき、電圧ＶＬ＋は増加し、電圧ＶＬ－は減少する。ダイアフラム１２Ｌが支持部材１１側と反対側に凸に変形したとき、電圧ＶＬ＋は減少し、電圧ＶＬ－は増加する。このため、電圧ＶＨ＋の増加及び電圧ＶＨ－の減少のときのダイアフラム１２Ｈの変形方向と、電圧ＶＬの増加のときのダイアフラム１２Ｌの変形方向とは、同じとなる。
【0051】
処理回路１６は、上記実施の形態と同様に、電気信号ＥＨ及びＥＬに基づいて、差圧及び静圧を導出する。ここでは、電圧ＶＨの増加のときのダイアフラム１２Ｈの変形方向と、電圧ＶＬ＋の増加のときのダイアフラム１２Ｌの変形方向とが同じ側であるので、処理回路１６は、電圧ＶＨと電圧ＶＬ＋との差に基づいて差圧を検出することができる。また、電圧ＶＬ＋と電圧ＶＬ－とがダイアフラム１２Ｌの非変形時の値から正負逆に同じ値だけ変化するため、処理回路１６は、静圧についても、電圧ＶＨと電圧ＶＬ－との差に基づいて検出することができる。差圧及び静圧の具体的な導出方法の例については、上記実施形態と同様である。
【0052】
以上の構成によれば、差圧と静圧とを、電気信号ＥＨが示す電圧ＶＨと、電気信号ＥＬが示す電圧ＶＬ＋及びＶＬ－との各差により導出できる。電圧の差は、和よりも比較的簡単な回路構成で導出できる。例えば、歪みゲージＳ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、及び、Ｓ２２をブリッジ回路として構成して、電圧ＶＨと電圧ＶＬ＋との差に基づいて差圧を導出できる。歪みゲージＳ１１、Ｓ１２、Ｓ２３、及び、Ｓ２４をブリッジ回路として構成して、電圧ＶＨと電圧ＶＬ－との差に基づいて差圧を導出できる。処理回路１６は、上記各差をアナログ回路により検出できる。
【0053】
電圧ＶＨの増加のときのダイアフラム１２Ｈの変形方向と、電圧ＶＬ＋の増加（及び電圧ＶＬ－の減少）のときのダイアフラム１２Ｌの変形方向とが異なる側、つまり、一方が支持部材１１側で他方がその反対側となるように変換回路３５が構成されてもよい。このような場合、差圧と静圧とを、電気信号ＥＨが示す電圧ＶＨと、電気信号ＥＬが示す電圧ＶＬ＋及びＶＬ－との和により導出できる。このような和は、プロセッサなど、ソフトウェア的な処理で導出されればよい（他の和についても同様）。
【0054】
変換回路３５は、変換回路２５から歪みゲージＳ１３及びＳ１４を除く代わりに、歪みゲージＳ２３及びＳ２４を除いた回路構成を有してもよい。この場合、電気信号ＶＨは、ノードＮ１１からの電圧ＶＨ＋及びノードＮ１２からの電圧ＶＨ－をそれぞれ示す電気信号ＶＨ＋及びＶＨ－を含み、電圧ＶＨ＋及び電圧ＶＬの差又は和、電圧ＶＨ－及び電圧ＶＬの差又は和に基づいて、差圧及び静圧が検出されてもよい。
【0055】
（変形例３）
変換回路の構成は、任意である。例えば、上記歪みゲージに加えて、又は、上記歪みゲージのうちの一部に代えて、温度補償用の歪みゲージを設けてもよい。また、一部の歪みゲージを、ダイアフラムが変形しても抵抗値が変化しない抵抗に変更してもよい。このような抵抗は、ダイアフラムの外部に設けられてもよい。歪みゲージとして、ピエゾ抵抗素子以外の素子（ロードセル等）が使用されてもよい。変換回路は、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌが支持部材１１側に凸に変形したときに、電圧ＶＨ及び電圧ＶＬ（又はＶＬ＋）がともに減少するように構成されてもよい。この場合の連動オイルＯのリーク検出では、電圧ＶＨ及びＶＬの和が所定の閾値よりも小さくなったときに、静圧が所定基準を超えて大きくなったとしてリークが検出されてもよい。
変換回路の構成は、任意である。例えば、上記歪みゲージに加えて、又は、上記歪みゲージのうちの一部に代えて、温度補償用の歪みゲージを設けてもよい。また、一部の歪みゲージを、ダイアフラムが変形しても抵抗値が変化しない抵抗に変更してもよい。このような抵抗は、ダイアフラムの外部に設けられてもよい。歪みゲージとして、ピエゾ抵抗素子以外の素子（ロードセル等）が使用されてもよい。変換回路は、ダイアフラム１２Ｈ及び１２Ｌが支持部材１１側に凸に変形したときに、電圧ＶＨ及び電圧ＶＬ（又はＶＬ＋）がともに減少するように構成されてもよい。この場合の連動オイルＯのリーク検出では、電圧ＶＨ及びＶＬの和が所定の閾値よりも小さくなったときに、静圧が所定基準を超えて大きくなったとしてリークが検出されてもよい。
【0056】
（変形例４）
上記では、電気信号が示す電圧に基づいて差圧及び静圧が導出されているが、差圧及び和の圧力は、電気信号が示す他の値、例えば、電気信号が示す、ダイアフラムの変形により変化する電流の値に基づいて導出されてもよい。
上記では、電気信号が示す電圧に基づいて差圧及び静圧が導出されているが、差圧及び和の圧力は、電気信号が示す他の値、例えば、電気信号が示す、ダイアフラムの変形により変化する電流の値に基づいて導出されてもよい。
【0057】
（変形例６）
圧力センサ１０の構成ないし構造は任意であり、例えば、処理回路１６の少なくとも一部と、それ以外の部分１１～１５とは、別々の筐体に収容されて互いに離れた位置に配置されるものであってもよい。例えば、処理回路１６を構成するプロセッサは、圧力センサ１０の外部に設けられてもよい。処理回路１６は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を含んで構成されてもよい。
圧力センサ１０の構成ないし構造は任意であり、例えば、処理回路１６の少なくとも一部と、それ以外の部分１１～１５とは、別々の筐体に収容されて互いに離れた位置に配置されるものであってもよい。例えば、処理回路１６を構成するプロセッサは、圧力センサ１０の外部に設けられてもよい。処理回路１６は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を含んで構成されてもよい。
【0058】
（本発明の範囲）
以上、実施形態及び変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、本発明には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る、上記実施形態及び変形例に対する様々な変更が含まれる。上記実施形態及び変形例に挙げた各構成は、矛盾の無い範囲で適宜組み合わせることができる。
以上、実施形態及び変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、本発明には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る、上記実施形態及び変形例に対する様々な変更が含まれる。上記実施形態及び変形例に挙げた各構成は、矛盾の無い範囲で適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0059】
１０…圧力センサ、１１…支持部材、１１Ａ…第１層、１１Ｂ…第２層、１１Ｄ…貫通孔、１１Ｅ…連通路、１１Ｈ…ダイアフラム室、１１ＨＡ…ストッパ面、１１Ｌ…ダイアフラム室、１１ＬＡ…ストッパ面、１２…ダイアフラム層、１２Ｈ…ダイアフラム、１２Ｌ…ダイアフラム、１３…シール部材、１４…導圧部材、１４Ｈ…導圧路、１４Ｌ…導圧路、１５…変換回路、１６…処理回路、１７…温度センサ、２０，３０…圧力センサ、２５，３５…変換回路、Ｂ１…フルブリッジ回路、Ｂ２…フルブリッジ回路、ＨＰ…圧力、ＬＰ…圧力、Ｎ１…ノード、Ｎ２…ノード、Ｎ１１…ノード、Ｎ１２…ノード、Ｎ２１…ノード、Ｎ２２…ノード、Ｏ…連動オイル、Ｓ１～Ｓ４，Ｓ１１～Ｓ１４，Ｓ２１～Ｓ２４…歪みゲージ、Ｔ１…端子、Ｔ２…端子、Ｔ１１…端子、Ｔ１２…端子、Ｔ２１…端子、Ｔ２２…端子、ＶＳ…直流電源、Ｖ…駆動電圧。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】