圧力センサの分類｜圧力センサ

圧力センサの分類

材料	方式	出力要素	変位ベース材	パッケージ
Ni,Cu合金	抵抗線式	歪ゲージ	ポリイミド等シート	無 SUS
半導体Si	拡散式	歪ゲージ	Siダイヤフラム	CAN プラスチック SUS
	成膜式	歪ゲージ	SUSダイヤフラム	SUS
	静電容量式	Al膜	Siダイヤフラム	プラスチック
セラミック	静電容量式	金属膜	アルミナダイヤフラム	SUS
その他	機械式	摺動抵抗黄銅板受光素子	バネ	種々

圧力センサとしては多くの種類がありますが、材料を基準とした場合、右表のように分類されます。半導体Ｓiを材料としたものは、Ｎi ,Ｃu合金を用いた抵抗線式に比べ約１桁高感度であり、中でもマイクロマシーニング技術を応用して作られる拡散式のものは量産性が高く、相対圧（＝ゲージ圧）タイプは約2kPa〜20MPaくらいまで幅広くカバー出来るとともに、絶対圧タイプも作製可能などの特長を備えており、最も多く生産されています。他方、SUSダイヤフラムを用いた成膜式のものは高圧用途に、平行平板を用いた静電容量式のものは微圧用途に適しています。又、拡散式と静電容量式には集積化センサも作られています。パッケージとして、車載用にはCAN、民生用にはプラスチック、高圧・食品用にはSUSのケースが主に使用されています。

圧力センサの用途

用途は、下表のように多岐にわたります。給湯器をはじめ、エアコン、空圧計、血圧計、及びEFI（電子制御燃料噴射装置）等に数多く使用されています。

民生用	給湯器、エアコン、洗濯機、食洗機、掃除機等
FA用	空圧計、水圧計、油圧計等
車載用	電子制御燃料噴射装置（燃焼圧,吸気圧,大気圧）
その他	血圧計、差圧計等

拡散式圧力センサの動作原理

図１の平面図のように、圧力センサチップは、不純物拡散により、４ヶ所かつ同一方向に短冊状のゲージが形成され、断面図のようにダイヤフラム加工されたＳiがガラス台座に接合された後、チップ化されています。このセンサチップを各種ケースに組み込み、ガラス台座側から加圧した場合、ＡとＣのゲージは模式図のイのように変形して抵抗値が増加し、又、ＢとＤのゲージはロのように変形して抵抗値が減少します。実用的には、結線図のようにホイートストン・ブリッジに結線され、＋と−端子の電位差が出力として用いられます。先程とは逆にＳi側から加圧した場合は、ゲージ抵抗の増減も逆になり、それに伴って出力の＋−も反転します。チップにはＳi面上でフルブリッジに配線されたものと、この図のように１番、６番端子を開放し、外部でオフセット電圧を調整し易くしたものがあります。

圧力センサの構造

図２に、ケースタイプのゲージ圧用半導体圧力センサの
断面構造を示します。

圧力センサの諸特性

圧力センサには、以下のように実に多くの特性が
要求されます。

1. ブリッジ抵抗
2. オフセット電圧（0 kPa 時の出力電圧）
3. 出力スパン電圧（出力電圧−オフセット電圧）
4. 直線性（定格圧力の１／２の出力と計算値とのずれ）
5. 圧力ヒステリシス
　（定格圧力を印加し、再び0kPaに戻した時のずれ）
6. 破壊耐圧（出力スパン電圧と相反関係にある）
7. 温度特性
8. 各種信頼性

主要な特性として、当社品の出力スパン電圧（図３）と破壊耐圧のヒストグラム（図４）を示します。

	技術資料使用上の注意圧力単位

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