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JPH0619068Y2 - Pressure sensor for high temperature fluids - Google Patents

Pressure sensor for high temperature fluids

Info

Publication number
JPH0619068Y2
JPH0619068Y2 JP1988098934U JP9893488U JPH0619068Y2 JP H0619068 Y2 JPH0619068 Y2 JP H0619068Y2 JP 1988098934 U JP1988098934 U JP 1988098934U JP 9893488 U JP9893488 U JP 9893488U JP H0619068 Y2 JPH0619068 Y2 JP H0619068Y2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
high temperature
diaphragm portion
pressure sensor
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1988098934U
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0220129U (en
Inventor
厚志 塚田
義輝 大村
貞幸 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP1988098934U priority Critical patent/JPH0619068Y2/en
Priority to US07/384,817 priority patent/US4993266A/en
Priority to DE89113807T priority patent/DE68905967T2/en
Priority to EP89113807A priority patent/EP0352773B1/en
Publication of JPH0220129U publication Critical patent/JPH0220129U/ja
Application granted granted Critical
Publication of JPH0619068Y2 publication Critical patent/JPH0619068Y2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は圧力センサ、特に高温流体の圧力を測定するた
めに用いられる圧力センサの改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to an improvement of a pressure sensor, particularly a pressure sensor used for measuring the pressure of a high temperature fluid.

[従来の技術] 圧力センサは、各種分野において気体または液体などの
流体圧力を測定するために幅広く用いられており、特に
近年においては、高温、高圧の極めて激しい使用環境下
で用いられることも多い。従って、このような高温流体
の圧力測定用として用いられるセンサには、周囲の環
境、特にその温度に影響されることなく圧力を正確に測
定できる能力が要求される。
[Prior Art] Pressure sensors are widely used in various fields to measure the pressure of fluid such as gas or liquid, and in recent years, in particular, they are often used under extremely severe operating environments of high temperature and high pressure. . Therefore, the sensor used for measuring the pressure of such a high temperature fluid is required to have an ability to accurately measure the pressure without being affected by the surrounding environment, particularly the temperature thereof.

例えば、このような圧力センサを内燃機関の燃焼圧セン
サとして用いた場合には、温度が1,000℃以上の燃焼ガ
スによって影響されることなく、その圧力を長時間正確
に測定できる能力が要求される。
For example, when such a pressure sensor is used as a combustion pressure sensor for an internal combustion engine, it is required to have the ability to accurately measure the pressure for a long time without being affected by the combustion gas having a temperature of 1,000 ° C or higher. .

第2図には、従来の燃焼圧センサの一例が示されてお
り、この燃焼圧センサは、ダイヤフラム部10の表面に
作用する燃焼ガスの圧力Pを、圧縮力Wとして熱絶縁体
12を介して力変換素子14に伝達し、力変換素子14
から出力される電気信号に基づき燃焼ガスの圧力Pを測
定していた。
FIG. 2 shows an example of a conventional combustion pressure sensor. This combustion pressure sensor uses the pressure P of the combustion gas acting on the surface of the diaphragm portion 10 as a compression force W via the heat insulator 12. Transmitted to the force conversion element 14,
The pressure P of the combustion gas was measured based on the electric signal output from the.

しかし、1000℃を超える高温の燃焼ガスの圧力測定
を行おうとする場合には、ダイヤフラム部10と力変換
素子14との間に設けた熱絶縁体12だけでは、力変換
素子14へ伝達する熱を十分に遮蔽することができず、
力変換素子14自体の性能が低下してしまう。
However, when trying to measure the pressure of the combustion gas having a temperature higher than 1000 ° C., the heat insulator 12 provided between the diaphragm portion 10 and the force conversion element 14 alone is used to heat the heat transmitted to the force conversion element 14. Can not be sufficiently shielded,
The performance of the force conversion element 14 itself deteriorates.

このため、従来はダイヤフラム部10の表面側に、これ
と一体的にブロック部16を設け、ダイヤフラム部10
付近に来た燃焼ガスの熱を吸収することにより、ダイヤ
フラム部10自体の温度上昇を抑制し、高温、高圧の燃
焼ガスの圧力測定を行う場合でも、力変換素子14へ熱
が伝達されないよう形成されていた。
Therefore, conventionally, the block portion 16 is integrally provided on the front surface side of the diaphragm portion 10, and the diaphragm portion 10 is
By absorbing the heat of the combustion gas that has come in the vicinity, it is possible to suppress the temperature rise of the diaphragm portion 10 itself and prevent the heat from being transferred to the force conversion element 14 even when the pressure of the high-temperature and high-pressure combustion gas is measured. It had been.

[考案が解決しようとする問題点] しかし、従来は、ダイヤフラム部10とブロック部16
とを、プレス型を用いて一体的に成形していたため、以
下に詳述する問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, conventionally, the diaphragm portion 10 and the block portion 16
Since and were integrally molded using a press die, there were problems described in detail below.

第1の問題点 従来のように、ダイヤフラム部10とブロック部16を
一体的に成形した場合には、その後工程で、両者を仕切
るすき間20を切削加工等により形成しなければなら
ず、圧力センサの生産効率が悪いという問題があった。
First Problem When the diaphragm portion 10 and the block portion 16 are integrally formed as in the conventional case, a gap 20 for partitioning the diaphragm portion 10 and the block portion 16 must be formed by cutting or the like in a subsequent step, and the pressure sensor There was a problem that the production efficiency was poor.

また、従来のように、すき間20を切削加工等により形
成すると、すき間20を切削刃の幅より小さくすること
ができなかった。このため、このすき間20に侵入しダ
イヤフラム部10の表面に直接作用する燃焼ガスの体積
を少なくし、ダイヤフラム部10の温度上昇を効果的に
抑制することができず、しかもダイヤフラム部10の温
度上昇によりクリープ等を少なくすることができないと
いう問題があった。
Further, when the gap 20 is formed by cutting or the like as in the conventional case, the gap 20 cannot be made smaller than the width of the cutting blade. Therefore, the volume of the combustion gas that enters the gap 20 and directly acts on the surface of the diaphragm portion 10 can be reduced, and the temperature rise of the diaphragm portion 10 cannot be effectively suppressed, and the temperature rise of the diaphragm portion 10 cannot be suppressed. Due to this, there was a problem that creep and the like could not be reduced.

第2の問題点 また、このような燃焼圧センサにおいて、前記ダイヤフ
ラム部10は、高温でのバネ特性が良い材料を用いて形
成することが好ましく、またブロック部16は、比熱、
熱伝導率が大きな材料を用いて形成することが好まし
い。
Second Problem Further, in such a combustion pressure sensor, it is preferable that the diaphragm portion 10 is formed of a material having a good spring characteristic at a high temperature, and the block portion 16 has a specific heat,
It is preferable to use a material having a large thermal conductivity.

しかし、従来のセンサは、ダイヤフラム部10およびブ
ロック部16を一体成形で形成していたため、両者を異
なる材料を用いて形成することができなかった。
However, in the conventional sensor, since the diaphragm portion 10 and the block portion 16 are integrally formed, it is not possible to form them using different materials.

このため、例えばダイヤフラム部10に高温でのバネ特
性を要求すると、ブロック部16の比熱、熱伝導率が低
下し、ブロック部16自体の体積を大きくする必要があ
った。しかし、このブロック部16はダイヤフラム部1
0の中心付近に一体固定されているため、ブロック部1
6の質量を大きくすると、ダイヤフラム部10の付加質
量も増加してしまい、ダイヤフラム部10の固有振動数
が低下する。従って、この燃焼圧センサをエンジン等の
振動が大きい部分に取付けると、圧力の検出精度が大巾
に低下してしまうという問題があった。
For this reason, for example, when the diaphragm portion 10 is required to have spring characteristics at high temperature, the specific heat and the thermal conductivity of the block portion 16 are lowered, and it is necessary to increase the volume of the block portion 16 itself. However, the block portion 16 is not included in the diaphragm portion 1.
Since it is integrally fixed near the center of 0, block 1
When the mass of 6 is increased, the added mass of the diaphragm portion 10 also increases, and the natural frequency of the diaphragm portion 10 decreases. Therefore, when the combustion pressure sensor is attached to a portion of the engine or the like where vibration is large, there is a problem that the pressure detection accuracy is significantly reduced.

また、このブロック部16の体積を小さくすると、ダイ
ヤフラム部10の温度が上昇してしまい、ダイヤフラム
部10のバネ特性にへたりが生じるという問題があっ
た。
Further, when the volume of the block portion 16 is reduced, the temperature of the diaphragm portion 10 rises, which causes a problem that the spring characteristic of the diaphragm portion 10 becomes depressed.

[考案の目的] 本考案は、このような従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、前記従来の問題を解決し、高温の流
体圧力を長時間正確に測定できる高温流体用圧力センサ
を提供することにある。
[Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a high-pressure fluid pressure capable of accurately measuring a high-temperature fluid pressure for a long time. To provide a sensor.

[問題点を解決するための手段] 前記目的を達成するために、本考案は、ダイヤフラム部
の表面に作用する高温流体の圧力を、圧縮力として力変
換素子に伝達し、力変換素子から出力される電気信号に
基づき高温流体の圧力を測定する圧力センサにおいて、 前記ダイヤフラム部に比べ熱伝導率がよい材料を用いて
形成された放熱ブロック部と、 前記放熱ブロック部の裏面側に設けられた接合用凹部
と、 前記ダイヤフラム部の表面中央部付近に設けられた接合
用凸部と、 を含み、 前記ダイヤフラム部は、高温でのバネ特性のよい材料を
用いて形成され、前記接合用凸部が、前記放熱ブロック
部の接合用凹部に接合固定され、 前記放熱ブロック部は、前記ダイヤフラム部の表面を所
定のすき間を介して傘状に覆うように形成されたことを
特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention transmits the pressure of a high-temperature fluid acting on the surface of a diaphragm portion as a compressive force to a force converting element and outputs the force converting element. In a pressure sensor that measures the pressure of a high-temperature fluid based on an electric signal that is provided, a heat radiation block portion formed using a material having a higher thermal conductivity than the diaphragm portion, and a heat radiation block portion provided on the back surface side of the heat radiation block portion. A bonding projection and a bonding projection provided near the center of the surface of the diaphragm section, wherein the diaphragm section is formed using a material having good spring characteristics at high temperature, and the bonding projection Is joined and fixed to a joining recess of the heat dissipation block, and the heat dissipation block is formed so as to cover the surface of the diaphragm part in an umbrella shape with a predetermined gap. And

[作用] 本考案は以上の構成からなり、次にその作用を説明す
る。
[Operation] The present invention is configured as described above, and its operation will be described below.

本考案の圧力センサは、そのブロック部とダイヤフラム
部とが別体に形成されている。
In the pressure sensor of the present invention, the block portion and the diaphragm portion are formed separately.

そして、ダイヤフラム部の表面中央部付近には、ブロッ
ク部との位置合せと、接合時の歪を直接ダイヤフラム部
の薄板部に伝えない目的で接合用凸部が形成されてい
る。
A protrusion for joining is formed near the center of the surface of the diaphragm for the purpose of aligning with the block and not transmitting distortion during joining directly to the thin plate of the diaphragm.

また、前記ブロック部の中央部には、ダイヤフラム部と
の位置合せの目的で接合用凹部が設けられ、ブロック部
の他の部分は、ダイヤフラム部の表面を傘のように覆う
よう形成されている。
In addition, a concave portion for joining is provided in the central portion of the block portion for the purpose of alignment with the diaphragm portion, and the other portion of the block portion is formed so as to cover the surface of the diaphragm portion like an umbrella. .

そして、ブロック部の接合用凹部を、ダイヤフラム部中
央に設けられた接合用凸部に嵌め込み、例えばプロジェ
クション溶接する。これにより、ダイヤフラム部の表面
にブロック部が取付け固定される。
Then, the joining concave portion of the block portion is fitted into the joining convex portion provided at the center of the diaphragm portion and, for example, projection welding is performed. As a result, the block portion is attached and fixed to the surface of the diaphragm portion.

従って、本考案によれば、前記ブロック部の接合用凹部
を、中広がりとならないように形成し、前記ダイヤフラ
ム部の接合用凸部を先広がりとならないように形成すれ
ば、これらブロック部およびダイヤフラム部を、プレス
型により容易に成形することができるため、圧力センサ
の量産性を高め、低コスト化を図ることが可能となる。
Therefore, according to the present invention, if the joining concave portion of the block portion is formed so as not to be expanded inward and the joining convex portion of the diaphragm portion is formed so as not to be expanded first, the block portion and the diaphragm are formed. Since the portion can be easily formed by a press die, the mass productivity of the pressure sensor can be improved and the cost can be reduced.

また、本考案において、ブロック部とダイヤフラム部と
の間のすき間は、前記ダイヤフラム部の接合用凸部と、
ブロック部の接合用凹部の寸法を調整することにより簡
単に狭くすることができ、この隙間に入ってくる燃焼ガ
スの体積を従来の圧力センサに比べ大巾に少なくするこ
とができる。
Also, in the present invention, the gap between the block portion and the diaphragm portion is the convex portion for joining the diaphragm portion,
It is possible to easily narrow the size by adjusting the size of the joining concave portion of the block portion, and it is possible to greatly reduce the volume of the combustion gas entering this gap as compared with the conventional pressure sensor.

従って、燃焼ガスから直接ダイヤフラム部に伝達される
熱量が大巾に少なくなり、この結果、ダイヤフラム部の
温度上昇を効果的に抑制し、しかもダイヤフラム部のク
リープ等を少なくすることができる。
Therefore, the amount of heat directly transferred from the combustion gas to the diaphragm portion is greatly reduced, and as a result, the temperature rise of the diaphragm portion can be effectively suppressed, and further, the creep of the diaphragm portion and the like can be reduced.

また、本考案において、ダイヤフラム部の表面中央部に
取付けられたブロック部は、ダイヤフラム部付近にきた
燃焼ガスの熱を吸収し、しかもダイヤフラム部自身が受
けた熱を吸収する目的で形成されている。このために
は、ブロック部側がダイヤフラム部側より低い温度でな
ければならない。
Further, in the present invention, the block portion attached to the central portion of the surface of the diaphragm portion is formed for the purpose of absorbing the heat of the combustion gas coming near the diaphragm portion and further absorbing the heat received by the diaphragm portion itself. . For this purpose, the temperature of the block side must be lower than that of the diaphragm side.

従って、前記のブロック部には、比熱が大きく、熱伝導
率が大きいという特性が要求される。また、前述したよ
うに、このブロック部は、ダイヤフラム部の固有振動数
の低下を招かないようあまり大きく形成することは好ま
しくない。特に、本考案の圧縮力センサを、例えば燃焼
圧センサとして用いる場合には、ブロック部の重量が増
加し、ダイヤフラム部の固有振動数が低下すると、測定
できる振動数範囲が狭くなり、特にエンジン等の振動が
大きいところに取付けられた場合には、ノック信号等の
検出が困難になってしまう。
Therefore, the block portion is required to have characteristics that it has a large specific heat and a large thermal conductivity. In addition, as described above, it is not preferable to form the block portion so large that it does not reduce the natural frequency of the diaphragm portion. In particular, when the compression force sensor of the present invention is used as, for example, a combustion pressure sensor, if the weight of the block part increases and the natural frequency of the diaphragm part decreases, the measurable frequency range becomes narrower, especially in the engine etc. If it is attached to a place where the vibration of the above is large, it becomes difficult to detect a knock signal or the like.

従って、前記ブロック部は、ダイヤフラム部に対しその
比重量を小さくすることが要求され、その比重量を小さ
くすればするほど、検出特性が向上する。
Therefore, the block portion is required to have a smaller specific weight with respect to the diaphragm portion, and the smaller the specific weight, the more improved the detection characteristic.

このような問題を解決するため、本考案においては、ダ
イヤフラム部とブロック部とを別体とし、ダイヤフラム
部を高温でのバネ特性が優れた材料(例えば、SUS4
30、インコネルX720等の材料)を用いて形成し、
ブロック部を熱伝導率のよい材料(例えばAl系の合
金)を用いて形成している。
In order to solve such a problem, in the present invention, the diaphragm part and the block part are formed separately, and the diaphragm part is made of a material having excellent spring characteristics at high temperature (for example, SUS4).
30, material such as Inconel X720),
The block portion is formed using a material having a high thermal conductivity (for example, an Al-based alloy).

例えば、ブロック部をAl系の合金を用いて形成する
と、Fe系、Ni系の合金を用いた場合に比べ、その質
量が約1/3となる。このことは、Al系の合金を用い
た場合には、Fe系、Ni系合金を用いた場合の3倍の
体積にしても、応答性・加速度感度がほぼ同じで、熱容
量を約3倍にできることを意味する。
For example, when the block portion is formed using an Al-based alloy, the mass thereof is about 1/3 of that of the case where an Fe-based or Ni-based alloy is used. This means that when an Al-based alloy is used, the responsiveness and acceleration sensitivity are almost the same and the heat capacity is tripled even when the volume is three times that of the Fe-based and Ni-based alloys. It means that you can do it.

さらに、ブロック部をAl系の合金を用いて形成する
と、Fe,Ni系の合金を用いた場合に比べ、比熱が約
2倍、熱電導率が約3倍となる。
Further, when the block portion is formed by using an Al-based alloy, the specific heat is about twice and the thermal conductivity is about three times that when using the Fe, Ni-based alloy.

このように、本考案によれば、ダイヤフラム部を高温バ
ネ特性のよい、例えばSUS430、インコネルX72
0等の材質を用いて形成し、ブロック部を、例えばAl
系合金を用いて形成することにより、ブロック部の比熱
を約2倍、熱伝導率を約3倍、比重量を約1/3にする
ことができ、同体積のブロック部をダイヤフラム部と一
体で作った場合に比べ、約18倍の効果を期待すること
ができる。
As described above, according to the present invention, the diaphragm portion has good high temperature spring characteristics, such as SUS430 and Inconel X72.
It is formed by using a material such as 0, and the block portion is made of, for example, Al.
By using a system alloy, the specific heat of the block part can be doubled, the thermal conductivity can be tripled, and the specific weight can be set to about 1/3, and the block part of the same volume can be integrated with the diaphragm part. You can expect about 18 times the effect compared with the case made with.

[考案の効果] 以上説明したように、本考案によれば、ダイヤフラム部
とブロック部をそれぞれ別体に形成し、後で接合するよ
うにしたことにより、圧力センサの量産性が高まり、セ
ンサ自体を低コストで製造することができるという効果
がある。
[Advantages of the Invention] As described above, according to the present invention, the diaphragm portion and the block portion are separately formed, and are joined later, so that the mass production of the pressure sensor is increased and the sensor itself. Has the effect that it can be manufactured at low cost.

また、本考案によれば、ダイヤフラム部とブロック部と
の間のすき間を十分に狭くすることができることから、
ブロック部がダイヤフラム部付近に来る燃焼ガスの熱を
いちはやく吸収し、ダイヤフラム部の温度上昇を効果的
に抑制することができるという効果がある。
Further, according to the present invention, the gap between the diaphragm portion and the block portion can be sufficiently narrowed,
The block portion quickly absorbs the heat of the combustion gas coming near the diaphragm portion, and the temperature rise of the diaphragm portion can be effectively suppressed.

さらに、本考案によれば、ダイヤフラム部を、高温でバ
ネ特性のよい材料を用いて形成し、ブロック部を熱伝導
率のよい材料を用いてそれぞれ形成することができるた
め、ダイヤフラム部の特性を損うことなく、ダイヤフラ
ム部の温度上昇をより効果的に抑制することができると
いう効果がある。
Further, according to the present invention, the diaphragm portion can be formed by using a material having good spring characteristics at a high temperature, and the block portion can be formed by using a material having good thermal conductivity. There is an effect that the temperature rise of the diaphragm portion can be suppressed more effectively without damaging the temperature.

[実施例] 次に本考案の好適な実施例を図面に基づき説明する。[Embodiment] Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図には、本考案を燃焼圧センサに適用した場合の好
適な実施例が示されている。
FIG. 1 shows a preferred embodiment when the present invention is applied to a combustion pressure sensor.

実施例の燃焼圧センサは、ほぼ円筒形状に形成されたセ
ンサケース30の先端開口部に、ダイヤフラム部10の
フランジ部11aを嵌込み、センサケース30の内部に
燃焼ガスが侵入しないよう、その嵌込み部を全周に渡っ
てプロジェクション溶接接合している。
In the combustion pressure sensor of the embodiment, the flange portion 11a of the diaphragm portion 10 is fitted into the tip opening of the sensor case 30 formed in a substantially cylindrical shape, and the fitting is performed so that the combustion gas does not enter the inside of the sensor case 30. Projection welding is performed along the entire circumference of the recess.

本考案の特徴は、このダイヤフラム部10とブロック部
16とを別体に形成し、ダイヤフラム部10の薄板部1
1b表面部中央部付近に設けた接合用凸部10aに、ブ
ロック部16の中央部に設けた接合用凹部16aを接合
し、ダイヤフラム部10の表面中央部にブロック部16
を取付け固定したことにある。
The feature of the present invention is that the diaphragm portion 10 and the block portion 16 are separately formed, and the thin plate portion 1 of the diaphragm portion 10 is formed.
1b is joined to a joining convex portion 10a provided near the central portion of the surface portion 1b, and a joining concave portion 16a provided at the central portion of the block portion 16 is joined to the block portion 16 at the central portion of the surface of the diaphragm portion 10.
Is attached and fixed.

実施例において、前記接合用凸部10aは先端側が先広
がりにならないように形成されており、また前記接合用
凹部16aは、内側が中広がりにならないよう前記接合
用凸部10aの大きさに合わせて形成されている。
In the embodiment, the joining convex portion 10a is formed so that the tip side does not spread forward, and the joining concave portion 16a is adjusted to the size of the joining convex portion 10a so that the inner side does not spread inward. Is formed.

また、このようにダイヤフラム部10の表面にブロック
部16を接合固定すると、ダイヤフラム部10の表面は
ブロック部16によりすき間20を介してそのほぼ全面
が傘のように覆われることになる。このとき、このすき
間20の大きさは、前記凸部10aおよび凹部16aの
寸法により任意に調整することができ、本実施例ではほ
ぼ零になるように形成されている。
Further, when the block portion 16 is bonded and fixed to the surface of the diaphragm portion 10 in this manner, the surface of the diaphragm portion 10 is covered by the block portion 16 through the gap 20 almost entirely like an umbrella. At this time, the size of the gap 20 can be arbitrarily adjusted by the dimensions of the convex portion 10a and the concave portion 16a, and is formed to be substantially zero in this embodiment.

また、本考案において、このブロック部16は比熱が大
きく、熱伝導率のよい材料を用いて形成することが好ま
しく、実施例においてはAl合金を用いて形成されてい
る。
Further, in the present invention, the block portion 16 is preferably made of a material having a large specific heat and good thermal conductivity, and in the embodiment, it is formed of an Al alloy.

また、本考案において、前記ダイヤフラム部10は高温
でのバネ特性のよい材料を用いて形成することが好まし
く、実施例ではSUS430,インコネルX720等の
金属材料を用いて形成されている。
Further, in the present invention, the diaphragm portion 10 is preferably made of a material having a good spring characteristic at a high temperature, and in the embodiment, it is made of a metal material such as SUS430 and Inconel X720.

このように、本実施例ではダイヤフラム部10とブロッ
ク部16とをそれぞれ固有の材料を用いて形成している
ため、ブロック部16は、ダイヤフラム部10に対して
比熱が約2倍、熱伝導率が3倍、比重量が約1/3とな
り、同じ体積のブロック部16をダイヤフラム部10と
一体的に形成した場合に比べ約18倍の効果が期待でき
る。従って、本実施例によれば、ダイヤフラム部10の
特性を損うことなく、その温度上昇を有効に抑制するこ
とができる。
As described above, in this embodiment, since the diaphragm portion 10 and the block portion 16 are formed by using their respective unique materials, the block portion 16 has a specific heat about twice that of the diaphragm portion 10 and a thermal conductivity. Is about 3 times and the specific weight is about ⅓, and an effect of about 18 times can be expected as compared with the case where the block portion 16 having the same volume is integrally formed with the diaphragm portion 10. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to effectively suppress the temperature rise without damaging the characteristics of the diaphragm portion 10.

そして、本実施例の燃焼圧センサは、ダイヤフラム部1
0の表面側から作用する燃焼ガスの圧力Pを、熱絶縁体
12を介してセンサケース30の内部に固定された力変
換素子14へ伝達し、この力変換素子14から出力され
る電気信号に基づき燃焼ガスの圧力Pを測定するよう形
成されている。
The combustion pressure sensor according to the present embodiment has the diaphragm portion 1
The pressure P of the combustion gas acting from the surface side of 0 is transmitted to the force conversion element 14 fixed inside the sensor case 30 via the thermal insulator 12, and is converted into an electric signal output from the force conversion element 14. On the basis of the pressure P of the combustion gas.

本考案において、前記力変換素子14は、圧縮力を検知
できる素子であればよく、例えばピエゾ抵抗効果を利用
して圧縮力を検知できる素子や、水晶、PZT等のピエ
ゾ電圧効果を利用し圧縮力を検知する素子を用いればよ
い。
In the present invention, the force conversion element 14 may be any element capable of detecting a compressive force, for example, an element capable of detecting a compressive force by utilizing a piezoresistive effect, or a compressive element utilizing a piezovoltage effect such as a crystal or PZT. An element that detects force may be used.

実施例において、この力変換素子14は、圧縮力が加え
られる面として{110}面の結晶面を有するよう形成
されたSi単結晶体40と、Si単結晶体40の{11
0}面の結晶面と静電接合され、熱絶縁体12を介して
伝達される圧縮力をその結晶面に垂直に均一に印加する
台座42と、このSi単結晶体40の他の結晶面と接合
され、Si単結晶体40を支持する支持基台44とを含
む。
In the embodiment, the force conversion element 14 has a Si single crystal body 40 formed to have a {110} crystal face as a surface to which a compressive force is applied, and a {11} of the Si single crystal body 40.
Pedestal 42 that is electrostatically bonded to the crystal plane of the 0} plane and uniformly applies the compressive force transmitted through the thermal insulator 12 perpendicularly to the crystal plane, and another crystal plane of the Si single crystal body 40. And a support base 44 for supporting the Si single crystal 40.

前記支持基台44は、外周がセンサケース30の内周面
に固定されたハーメチック端子46上に取付け固定され
ている。
The support base 44 is mounted and fixed on a hermetic terminal 46 whose outer periphery is fixed to the inner peripheral surface of the sensor case 30.

また、前記Si単結晶体40の結晶面上には、結晶の<
001>方向より45度の方向に対向して一対の第1の
電極(図示せず)が設けられ、<110>方向より45
度の方向に対向して一対の第2の電極(図示せず)が設
けられている。そして、これら第1および第2の電極の
いずれか一方が出力電極、他方が入力電極として用いら
れている。
In addition, on the crystal plane of the Si single crystal body 40,
A pair of first electrodes (not shown) are provided so as to face each other in a direction of 45 degrees from the 001> direction, and 45 degrees from the <110> direction.
A pair of second electrodes (not shown) are provided facing each other in the direction of the angle. Then, one of the first and second electrodes is used as an output electrode and the other is used as an input electrode.

また、前記ハーメチック端子46には、前記入出力電極
と対応して4本のリードピン48が設けられており、こ
れら4本のリードピン48の一端側は、金線50を介し
てそれぞれ対応する入出力電極と電気的に接続されてい
る。また、これら各リードピン48の他端側は、リード
線52に接続され、そのリード線52はセンサケース3
0の他端側から外部に引出されている。
Further, the hermetic terminal 46 is provided with four lead pins 48 corresponding to the input / output electrodes, and one end sides of these four lead pins 48 are respectively provided with corresponding input / output via a gold wire 50. It is electrically connected to the electrodes. The other end of each of these lead pins 48 is connected to a lead wire 52, which is connected to the sensor case 3.
It is drawn out from the other end side of 0.

実施例のセンサは、このリード線52の抜けを防止する
ために、その他端側にリード線用のかしめ部32が設け
られており、リード線52に加わった引張り力がリード
ピン48との接続部に作用しないよう形成されている。
さらに、このセンサケース30のかしめ部32は、ケー
スカバー34を用いて覆われるよう形成されている。
In the sensor of the embodiment, in order to prevent the lead wire 52 from coming off, the caulking portion 32 for the lead wire is provided on the other end side, and the pulling force applied to the lead wire 52 is connected to the lead pin 48. It is formed so as not to act on.
Further, the caulking portion 32 of the sensor case 30 is formed so as to be covered with a case cover 34.

また、実施例の燃焼圧センサには、センサケース30の
一端側外周部に取付け固定用のネジ溝36が設けられて
おり、このネジ溝36を図示しない所定の取り付け孔の
内周部に設けられたネジ溝と螺合することにより、所望
位置へ簡単に取付けることができるよう形成されてい
る。
Further, in the combustion pressure sensor of the embodiment, a screw groove 36 for mounting and fixing is provided on the outer peripheral portion on one end side of the sensor case 30, and the screw groove 36 is provided on the inner peripheral portion of a predetermined mounting hole (not shown). It is formed so that it can be easily attached to a desired position by being screwed into the provided thread groove.

本実施例は以上の構成からなり、次にその作用を説明す
る。
The present embodiment has the above configuration, and its operation will be described below.

実施例のセンサを用いて燃焼圧を測定しようとする場合
には、まずSi単結晶体40内に、その入力電極を介し
て所定の電流を通電し、この状態でダイヤフラム部10
の表面側に燃焼ガスを作用させる。
When the combustion pressure is to be measured using the sensor of the embodiment, first, a predetermined current is passed through the input electrode of the Si single crystal body 40, and the diaphragm portion 10 in this state.
Combustion gas is made to act on the surface side of.

このとき、ダイヤフラム部10の表面に作用した燃焼ガ
スの圧力Pは、熱絶縁体12、台座42を介してSi単
結晶体40の(110)面の結晶面に垂直に作用し、S
i単結晶体40のピエゾ抵抗効果を利用してその出力電
極から圧力Pに比例した電圧が出力される。そして、こ
の測定電圧はリード線52を介して外部に出力される。
At this time, the pressure P of the combustion gas acting on the surface of the diaphragm portion 10 acts perpendicularly to the crystal plane of the (110) plane of the Si single crystal body 40 via the thermal insulator 12 and the pedestal 42, and S
A voltage proportional to the pressure P is output from the output electrode of the i single crystal body 40 by utilizing the piezoresistive effect. Then, the measured voltage is output to the outside via the lead wire 52.

ところで、実施例のように、温度が1000℃を上回る
燃焼ガスの圧力測定を行う場合には、ダイヤフラム部1
0と力変換素子14との間に熱絶縁体12を設けただけ
では、力変換素子14の温度上昇を十分に抑制すること
ができず、このままでは力変換素子14の特性が低下し
てしまう。
By the way, when the pressure of the combustion gas whose temperature exceeds 1000 ° C. is measured as in the embodiment, the diaphragm portion 1 is used.
The temperature rise of the force conversion element 14 cannot be sufficiently suppressed only by providing the thermal insulator 12 between 0 and the force conversion element 14, and the characteristics of the force conversion element 14 deteriorate as they are. .

このため、実施例の力変換素子ではダイヤフラム部10
の表面中央にブロック部16を取付け固定し、ダイヤフ
ラム部10の温度上昇を抑制している。
Therefore, in the force conversion element of the embodiment, the diaphragm portion 10
The block portion 16 is attached and fixed to the center of the surface of the diaphragm to suppress the temperature rise of the diaphragm portion 10.

本実施例においては、このブロック部16をダイヤフラ
ム部10と別体に形成し、その中央部に設けた接合用凹
部16aをダイヤフラム部10の表面中央部に設けた接
合用凸部10aと嵌め合わせた状態で接合し、ブロック
部16をダイヤフラム部10の表面中央部に取付け固定
している。
In this embodiment, the block portion 16 is formed separately from the diaphragm portion 10, and the joint recess 16a provided in the central portion of the block portion 16 is fitted with the joint convex portion 10a provided in the center portion of the surface of the diaphragm portion 10. In this state, the block portion 16 is attached and fixed to the central portion of the surface of the diaphragm portion 10.

従って、ブロック部16とダイヤフラム部10との間の
すき間20を、接合用凸部10aおよび接合用凹部16
aの寸法を調節することによりほぼ零程度にすることが
できる。このため、すき間20を介してダイヤフラム部
10の表面に直接作用する燃焼ガスの体積が著しく少な
くなり、ダイヤフラム部10の温度上昇を効果的に抑制
することができる。
Therefore, the gap 20 between the block portion 16 and the diaphragm portion 10 is set to the protrusion 10a for joining and the recess 16 for joining.
It can be made approximately zero by adjusting the size of a. Therefore, the volume of the combustion gas that directly acts on the surface of the diaphragm portion 10 through the gap 20 is significantly reduced, and the temperature rise of the diaphragm portion 10 can be effectively suppressed.

なお、すき間20が小さくなると、燃焼ガスからダイヤ
フラム部10に直接伝わる熱は、ダイヤフラム部10の
周辺部(フランジ部11a)が主体となるが、この部分
の熱はセンサケース30をつたわってセンサ取付部へ逃
げ、ダイヤフラム部10の周辺部における温度上昇も抑
制される。
When the gap 20 becomes smaller, the heat directly transferred from the combustion gas to the diaphragm portion 10 is mainly in the peripheral portion (flange portion 11a) of the diaphragm portion 10, but the heat in this portion is connected to the sensor case 30 to mount the sensor. The temperature rise in the peripheral portion of the diaphragm portion 10 is suppressed.

また、本実施例によれば、ブロック部16を比熱、熱伝
導率の大きいAl合金を用いて形成している。従って、
ダイヤフラム部10の表面中央部付近(薄板部11bの
中央)の熱は、ダイヤフラム部10より比熱が大きく、
熱伝導率のよいブロック部16側へ熱伝導により逃げ、
ダイヤフラム部10の表面中央部付近の温度上昇も抑制
することができる。
Further, according to the present embodiment, the block portion 16 is formed by using an Al alloy having high specific heat and high thermal conductivity. Therefore,
The heat in the vicinity of the center of the surface of the diaphragm portion 10 (the center of the thin plate portion 11b) has a larger specific heat than that of the diaphragm portion 10,
It escapes to the block part 16 side with good thermal conductivity by heat conduction,
It is also possible to suppress a temperature rise near the central portion of the surface of the diaphragm portion 10.

このように、本実施例の燃焼圧センサは、高温の燃焼ガ
スが作用するダイヤフラム部10の温度上昇を効果的に
抑制することができるため、センサケース30内の力変
換素子14の温度上昇が小さく、高温、高圧の燃焼ガス
の測定を長時間継続して正確に行うことが可能となる。
As described above, the combustion pressure sensor of the present embodiment can effectively suppress the temperature rise of the diaphragm portion 10 on which the high temperature combustion gas acts, so that the temperature rise of the force conversion element 14 in the sensor case 30 is suppressed. It becomes possible to accurately measure small, high temperature, high pressure combustion gas for a long time.

さらに、本実施例においては、前記ダイヤフラム部10
の接合用凸部10aを先広がりにならないように形成
し、ブロック部16の接合用凹部16aを中広がりにな
らないよう形成している。このため、これらダイヤフラ
ム部10、ブロック部16をプレス成形等により簡単に
製造することができ、しかも接合用凸部10aと接合用
凹部16aを嵌め合わせた状態で接合するのみで両者を
接合することができ、従来のセンサに比べその製造工程
が簡単になり、量産性を高めることができる。
Further, in the present embodiment, the diaphragm portion 10
The joining convex portion 10a is formed so as not to spread forward, and the joining concave portion 16a of the block portion 16 is formed so as not to spread inside. Therefore, the diaphragm portion 10 and the block portion 16 can be easily manufactured by press molding or the like, and moreover, the joining convex portion 10a and the joining concave portion 16a can be joined only by joining them. The manufacturing process is simpler than that of the conventional sensor, and the mass productivity can be improved.

なお、本考案は前記実施例に限定されるものではなく、
本考案の要旨の範囲内で各種の変形実施が可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications can be made within the scope of the present invention.

例えば、前記実施例においては、本考案の圧力センサを
燃焼圧センサとして用いた場合を例にとり説明したが、
本考案はこれに限らず、これ以外に各種の高温流体用の
圧力センサして幅広く用いることができる。
For example, in the above embodiment, the case where the pressure sensor of the present invention is used as a combustion pressure sensor has been described as an example.
The present invention is not limited to this, and can be widely used as a pressure sensor for various high temperature fluids other than this.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案に係る圧力センサを燃焼圧センサとして
形成した場合の好適な一例を示す説明図、 第2図は従来の燃焼圧センサの説明図である。 10…ダイヤフラム部 10a…接合用凸部 14…力変換素子 16…ブロック部 16a…接合用凹部
FIG. 1 is an explanatory view showing a preferred example when the pressure sensor according to the present invention is formed as a combustion pressure sensor, and FIG. 2 is an explanatory view of a conventional combustion pressure sensor. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Diaphragm part 10a ... Convex part for joining 14 ... Force conversion element 16 ... Block part 16a ... Recessed part for joining

フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭63−27845(JP,U) 米国特許3857287(US,A)Continuation of the front page (56) Bibliographic references Sho 63-27845 (JP, U) US Patent 3857287 (US, A)

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】ダイヤフラム部の表面に作用する高温流体
の圧力を、圧縮力として力変換素子に伝達し、力変換素
子から出力される電気信号に基づき高温流体の圧力を測
定する圧力センサにおいて、 前記ダイヤフラム部に比べ熱伝導率がよい材料を用いて
形成された放熱ブロック部と、 前記放熱ブロック部の裏面側に設けられた接合用凹部
と、 前記ダイヤフラム部の表面中央部付近に設けられた接合
用凸部と、 を含み、 前記ダイヤフラム部は、高温でのバネ特性のよい材料を
用いて形成され、前記接合用凸部が、前記放熱ブロック
部の接合用凹部に接合固定され、 前記放熱ブロック部は、前記ダイヤフラム部の表面を所
定のすき間を介して傘状に覆うように形成されたことを
特徴とする高温流体用の圧力センサ。
1. A pressure sensor for transmitting a pressure of a high temperature fluid acting on a surface of a diaphragm portion to a force conversion element as a compression force and measuring the pressure of the high temperature fluid based on an electric signal output from the force conversion element, A heat dissipation block part formed of a material having a heat conductivity higher than that of the diaphragm part, a bonding recess provided on the back surface side of the heat dissipation block part, and a vicinity of the center part of the front surface of the diaphragm part. A joint convex portion; and the diaphragm portion is formed of a material having good spring characteristics at a high temperature, and the joint convex portion is jointly fixed to a joint concave portion of the heat dissipation block portion, The pressure sensor for high-temperature fluid, wherein the block portion is formed so as to cover the surface of the diaphragm portion with a predetermined gap in an umbrella shape.
【請求項2】請求項1において、 前記高温流体として、熱焼ガスの圧力測定を行うことを
特徴とする高温流体用の圧力センサ。
2. The pressure sensor for a high temperature fluid according to claim 1, wherein the pressure of a thermally burned gas is measured as the high temperature fluid.
JP1988098934U 1988-07-26 1988-07-26 Pressure sensor for high temperature fluids Expired - Lifetime JPH0619068Y2 (en)

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DE89113807T DE68905967T2 (en) 1988-07-26 1989-07-26 Piezoresistive Si single crystal pressure transducer.
EP89113807A EP0352773B1 (en) 1988-07-26 1989-07-26 Piezoresistive si single crystal pressure transducer

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