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圧力ピックアップ

半導体センサやひずみゲージを 増幅回路、 温度補正回路、 リニアライザなどとともに シリコン結晶の上で構成した 図3.64に示すようなセンサを組み込んで, 実験装置やプロセスに組み込む形態にまとめたものを圧力ピックアップという。

圧力ピックアップには、 薄膜抵抗ゲージ式、 半導体ストレインゲージ式、 ピエゾ圧電式、 光ファイバー式等がある。 また、 高分子厚膜フィルム(PTS)デバイスの一つで、加える圧力の増加に伴って、電気 的抵抗値が減少する特性をもつフィルム状の感圧センサもある。

ここでは,プロセスや圧力変動に使用される ひずみゲージ式圧力計と半導体圧力計を扱う。

図 3.64: ダイアフラム形式圧力センサの基本構造
\includegraphics[scale=0.5]{Figs/sensor-pres}
図 3.65: 圧力センサの概略回路
\includegraphics[scale=0.65]{Figs/circuit-pres.eps}

半導体のセンサの基本構造は[11] 図3.64に示す形をしており, 熱ひずみの少ないガラス基板の上に, エッチングで薄いダイアフラム構造に加工した部分を持つ シリコンの単結晶を用いてセンサを構成する。

このダイアフラム構造は, ダイアフラム上に半導体技術で ゲージセンサを形成してあり、 圧力をかけダイアフラムを シリコンの弾性限度内で変形させる。 このシリコン結晶の上にはセンサだけではなく, 小規模のトランジスタで構成されたアンプと 印加電圧のレギュレータ,温度補償回路を載せて 圧力信号を取り出す。

こうして,図3.65のように 複数の抵抗センサでホイートストンブリッジ回路を作り, 圧力をダイアフラムのひずみとして検出する。 このひずみは極めて小さく, 圧力と出力電位は線形の関係を持つ。

一般に半導体ゲージは出力が大きいが温度係数の大きく, 抵抗ゲージでは出力が小さいが, 温度係数が小さいという傾向があるため, 温度変動が予想される部分の圧力計測には抵抗型のひずみゲージ式が, 大きな出力を期待する時には半導体圧力センサが用いられる。

機械式の差圧センサに対して, 検出部分の質量が小さいので,応答性がよいという特性を持つ。



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Ken Kishimoto 2014-06-02