デュアル物理量センサ
【課題】部品点数やコストを削減することができるデュアル物理量センサを提供する。
【解決手段】第１被測定対象の圧力を検出する圧力センサ３Ａと、第２被測定対象の圧力を検出する圧力センサ３Ｂと、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの温度を検出する温度センサ４と、圧力センサ３Ａの検出信号から温度変化による変動分を除外する第１補正と、圧力センサ３Ｂの検出信号から温度変化による変動分を除外する第２補正とを実行する補正ユニットと、熱伝導性を有するととともに、一端部８ａが圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂに接触し他端部８ｂが温度センサ４に接触する伝熱部材８と、を備え、伝熱部材８は、一端部８ａと他端部８ｂとの間に弾性を有する弾性部８ｃを含む。
【解決手段】第１被測定対象の圧力を検出する圧力センサ３Ａと、第２被測定対象の圧力を検出する圧力センサ３Ｂと、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの温度を検出する温度センサ４と、圧力センサ３Ａの検出信号から温度変化による変動分を除外する第１補正と、圧力センサ３Ｂの検出信号から温度変化による変動分を除外する第２補正とを実行する補正ユニットと、熱伝導性を有するととともに、一端部８ａが圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂに接触し他端部８ｂが温度センサ４に接触する伝熱部材８と、を備え、伝熱部材８は、一端部８ａと他端部８ｂとの間に弾性を有する弾性部８ｃを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデュアル物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のセンサとして、被測定対象の圧力を２つの圧力センサでそれぞれ検出するデュアル圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。このデュアル圧力センサは、例えば、下記特許文献２に記載されている流量制御弁の弁本体に取り付け、差圧センサとして使用することができる。この場合に、デュアル圧力センサは、弁体より上流側の流体圧力と弁体より下流側の流体圧力とをそれぞれ検出し、流量制御弁を制御する流量測定装置に出力する。流量測定装置は、上流側の流体圧力と下流側の流体圧力との差圧に基づいて流量制御弁の流路内を流れる流体の流量を算出する。
【０００３】
ところで、圧力センサには、出力値が使用時の温度に応じて変動する温度特性を有するものがある。このような温度特性を有する圧力センサを用いて流体の流量を精度良く算出するためには、圧力センサの出力値を的確に温度補正し、出力値から温度変化による変動分を除外する必要がある。このため、特許文献１に記載のデュアル圧力センサでは、２つの圧力センサにそれぞれ温度センサを搭載し、この温度センサの検出温度を用いて各圧力センサの検出値を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３１００３号公報
【特許文献２】特開２００９−１１５３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のデュアル圧力センサは、１つのデュアル圧力センサに対して２つの温度センサを備える必要があるため、部品点数やコストの削減に対する要求に応えることが難しかった。
【０００６】
本発明のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、部品点数やコストを削減することができるデュアル物理量センサを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るデュアル物理量センサは、第１被測定対象の物理量を検出する第１物理量検出素子と、第２被測定対象の物理量を検出する第２物理量検出素子と、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の温度を検出する温度検出素子と、第１物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外する第１補正と、第２物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外する第２補正とを実行する補正ユニットと、熱伝導性を有するととともに、一端部が第１物理量検出素子および第２物理量検出素子に接触し他端部が温度検出素子に接触する伝熱部材と、を備え、伝熱部材は、一端部と他端部との間に弾性を有する弾性部を含む。
【０００８】
かかる構成によれば、伝熱部材は、熱伝導性を有するととともに、一端部が第１物理量検出素子および第２物理量検出素子に接触し他端部が温度検出素子に接触する。これにより、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の熱が温度検出素子に伝導される。
【０００９】
また、伝熱部材は、一端部と他端部との間に弾性を有する弾性部を含む。これにより、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子のうちの少なくとも一方が振動した場合に、当該振動が弾性部によって減衰され、吸収される。
【００１０】
好ましくは、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の外周部は、相互に伝熱部材の一端部が挿入される凹部を形成する。
【００１１】
かかる構成によれば、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の外周部は、相互に伝熱部材の一端部が挿入される凹部を形成する。これにより、伝熱部材の一端部が凹部によって固定される。したがって、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子のうちの少なくとも一方に横方向の振動が生じた場合でも、一端部と第１物理量検出素子および第２物理量検出素子との接触を維持（保持）することができる。
【００１２】
好ましくは、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子が設置される容器と、温度検出素子が設置される基板と、をさらに備える。
【００１３】
かかる構成によれば、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子が容器に設置され、温度検出素子が基板に設置される。これにより、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子と温度検出素子とを物理的に分離して配置し、伝熱部材を容器と基板との接続部材として機能させることが可能となる。したがって、容器の振動や変形などの影響が温度検出素子に及ぶ蓋然性を低減することができる。
【００１４】
好ましくは、伝熱部材は、金属製の板状部材から成形される。
【００１５】
かかる構成によれば、伝熱部材は、金属製の板状部材から成形される。これにより、当該金属製の板状部材に切断や折り曲げなどの加工を施すことで、熱伝導性および弾性を有する伝熱部材を製造することが可能となる。したがって、伝熱部材を安価かつ容易に実現することができる。
【００１６】
好ましくは、補正ユニットは、温度検出素子の検出温度に基づいて、第１補正および第２補正を実行する。
【００１７】
かかる構成によれば、温度検出素子の検出温度に基づいて、第１補正および第２補正が実行される。これにより、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の実際の温度に基づいて、第１物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分が除外され、第２物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分が除外される。したがって、第１被測定対象の物理量および第２被測定対象の物理量の検出精度を向上させることができる。
【００１８】
好ましくは、補正ユニットは、第１補正を実行する第１補正部と、第２補正を実行する第２補正部と、を含む。
【００１９】
かかる構成によれば、補正ユニットは、第１補正を実行する第１補正部と、第２補正を実行する第２補正部と、を含む。これにより、第１補正部が第１物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外するとともに、第２補正部が第２物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外することが可能となる。したがって、第１補正および第２補正を並行して実行することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の熱が温度検出素子に伝導される。したがって、１つの温度検出素子で第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の温度を検出することができ、従来のデュアル物理量センサと比較して、部品点数やコストを削減することができる。また、伝熱部材は接触しているだけなので、第１物理量検出素子、第２物理量検出素子、および、温度検出素子のうちのいずれかが故障したときに、故障した素子だけを容易に交換することができ、接着した場合のように、故障のない他の正常な素子とともに交換し、破棄する必要がない。さらに、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子のうちの少なくとも一方が振動した場合に、当該振動が弾性部によって減衰され、吸収される。したがって、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子ならびに温度検出素子との接触を維持（保持）することができ、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の温度を安定して検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態におけるデュアル圧力センサの片側断面図である。
【図２】図１に示したＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。
【図３】図２に示した伝熱部材を取り外した状態を説明する上面図である。
【図４】図１に示したデュアル圧力センサの機能構成を説明するブロック図である。
【図５】第１変形例におけるデュアル圧力センサの片側断面図である。
【図６】図５に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。
【図７】図５および図６に示したデュアル圧力センサの機能構成を説明するブロック図である。
【図８】第２変形例におけるデュアル圧力センサの機能構成を説明するブロック図である。
【図９】第３変形例におけるデュアル圧力センサの機能構成を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。
【００２３】
図１ないし図４は、本発明に係るデュアル物理量センサの一実施形態を示すためのものである。本実施形態では、デュアル物理量センサとして、２つの圧力センサを備えるデュアル物理量センサについて説明する。なお、物理量は、圧力に限定されず、他の物理量であっても、同様に適用することができる。
【００２４】
図１は、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１の片側断面図であり、図２は、図１に示したＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。図１および図２に示すように、デュアル圧力センサ１は、気密容器２と、２つの圧力センサ３Ａ、３Ｂと、温度センサ４と、基板６と、制御回路７と、伝熱部材８と、を含んで構成される。
【００２５】
気密容器２は、合成樹脂などを材料として成形される容器本体２１および蓋体２２を有する。容器本体２１は、上方に開口する有底箱型の容器である。容器本体２１の底板には、２つの圧力センサ３Ａ、３Ｂに対応して挿通孔２１ｈがそれぞれ形成されている。蓋体２２は、容器本体２１の上面にシール部材（図示省略）を介してねじ止め固定されることで、容器本体２１の開口部を気密に密封する。
【００２６】
容器本体２１の内部には、２つの圧力センサ３Ａ、３Ｂが設置されている。圧力センサ３Ａ、３Ｂは、それぞれの導入孔３ｈから取り込まれる被測定対象の圧力をそれぞれ検出する。被測定対象としては、例えば、水やガスなどの流体が挙げられる。圧力センサ３Ａ、３Ｂとしては、例えば、ダイアフラム（薄肉感圧部）が形成された半導体基板（シリコン）と、この半導体基板に不純物またはイオンの打ち込み技術によって形成される拡散型歪みゲージと、を有する公知の半導体圧力センサが挙げられる。拡散型歪みゲージは、ダイアフラムの被測定圧力による歪みを、ピエゾ抵抗効果を利用して検出し、電気信号に変換する。このような圧力センサ３Ａ、３Ｂは、出力のゲインやオフセットが使用温度に応じて変化するという温度特性を有する。
【００２７】
伝熱部材８は、熱伝導性を有するとともに、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂのそれぞれに接触している。より具体的には、伝熱部材８の一端部８ａは、凹部３ｃに脱着自在に挿入されている。これにより、伝熱部材８の一端部８ａが凹部３ｃによって固定される。なお、凹部３ｃは図２において破線で表されている。
【００２８】
図３は、図２に示した伝熱部材８を取り外した状態を説明する上面図である。図３に示すように、圧力センサ３Ａ、３Ｂは、外周部の一部が互いに接触するように並設されている。圧力センサ３Ａ、３Ｂの接触部分には、それぞれ切欠３ｋを有しており、この２つの切欠３ｋによって溝状の凹部３ｃが形成される。
【００２９】
本実施形態では、圧力センサ３Ａ、３Ｂを、外周部の一部が互いに接触するように並設したが、これに限定されない。圧力センサ３Ａ、３Ｂの外周部によって凹部３ｃが形成される限り、外周部の一部が互いに接触していなくてもよい。なお、２つの圧力センサ３Ａ、３Ｂの外周部同士を互いに接触させることにより、圧力センサ３Ａ、３Ｂ間の温度差を生じ難くすることができる。
【００３０】
一方、図１に示すように、伝熱部材８の他端部８ｂは、温度センサ４に接触している。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの熱が温度センサ４に伝導される。
【００３１】
また、伝熱部材８は、一端部８ａと他端部８ｂとの間に、バネ状に成形された弾性を有する弾性部８ｃを含んでいる。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂのうちの少なくとも一方が振動した場合に、当該振動が弾性部８ｃによって減衰され、吸収される。
【００３２】
なお、伝熱部材８は、例えば、銅やアルミニウムなどの金属製の板状部材から成形されるのが好ましい。これにより、当該金属製の板状部材に切断や折り曲げなどの加工を施すことで、熱伝導性および弾性を有する伝熱部材８を製造することが可能となる。
【００３３】
温度センサ４は、基板６において２つの圧力センサ３Ａ、３Ｂに対向する面、すなわち、基板６の下面に設けられ、伝熱部材８を介して圧力センサ３Ａ、３Ｂの温度を検出する。このように、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂを気密容器２に設置し、温度センサ４を基板６に設置することにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂと温度センサ４とを物理的に分離して配置し、伝熱部材８を気密容器２と基板６との接続部材として機能させることが可能となる。
【００３４】
制御回路７は、基板６の上面に設けられ、デュアル圧力センサ１の各部の動作を制御する。制御回路７は、以下に記述するデュアル圧力センサ１の各機能を実現する。
【００３５】
次に、図４を参照して、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１の機能構成について説明する。
【００３６】
図４は、図１に示したデュアル圧力センサ１の機能構成を説明するブロック図である。図４に示すように、デュアル圧力センサ１は、第１圧力検出部７２Ａと、第２圧力検出部７２Ｂと、温度検出部７３と、補正ユニット７４と、を有する。
【００３７】
第１圧力検出部７２Ａは、圧力センサ３Ａから検出信号を取得し、取得した検出信号を補正ユニット７４に出力する。第２圧力検出部７２Ｂは、圧力センサ３Ｂから検出信号を取得し、取得した検出信号を補正ユニット７４に出力する。
【００３８】
温度検出部７３は、温度センサ４から検出温度を取得し、取得した検出温度を補正ユニット７４に出力する。
【００３９】
補正ユニット７４は、第１補正部７４Ａと、第２補正部７４Ｂと、を含んで構成される。第１補正部７４Ａは、温度検出部７３から取得した検出温度に基づいて、第１圧力検出部７２Ａから取得した検出信号を補正し、補正後の信号を第１測定信号として流量測定装置１００に出力する。第２補正部７４Ｂは、温度検出部７３から取得した検出温度に基づいて、第２圧力検出部７２Ｂから取得した検出信号を補正し、補正後の信号を第２測定信号として流量測定装置１００に出力する。
【００４０】
第１補正部７４Ａおよび第２補正部７４Ｂは、それぞれ、セレクタ部Ａ１、Ｂ１、Ａ／Ｄ変換部Ａ２、Ｂ２、補正演算部Ａ３、Ｂ３および補正式記憶部Ａ４、Ｂ４を有する。セレクタ部Ａ１、Ｂ１は、例えば、マルチプレクサであり、第１圧力検出部７２Ａまたは第２圧力検出部７２Ｂと温度検出部７３とからそれぞれ信号を受信し、いずれかの信号を選択してＡ／Ｄ変換部Ａ２、Ｂ２に出力する。
【００４１】
Ａ／Ｄ変換部Ａ２、Ｂ２は、セレクタ部Ａ１、Ｂ１から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換して補正演算部Ａ３、Ｂ３に出力する。補正演算部Ａ３、Ｂ３は、Ａ／Ｄ変換部Ａ２、Ｂ２から受信したデジタル信号に対応する圧力値を、補正式記憶部Ａ４、Ｂ４に記憶されている補正式を用いて補正処理を実行し、補正処理後の圧力値に対応する信号を測定信号として流量測定装置１００に出力する。補正式としては、例えば、温度を変数とする一次式や二次式などを用いることができる。補正式は、例えば、あらかじめ実験などを行って温度ごとに基準温度からの温度変化による圧力値の変動を求め、この変動分を検出信号から除外できるような式を準備しておく。つまり、補正演算部Ａ３、Ｂ３が実行する補正処理は、第１圧力検出部７２Ａまたは第２圧力検出部７２Ｂの検出信号から温度変化による変動分を除外する第１補正または第２補正を行う処理となる。このように、温度センサ４の検出温度に基づいて、第１補正および第２補正を実行することにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの実際の温度に基づいて、圧力センサ３Ａの検出信号から温度変化による変動分が除外され、圧力センサ３Ｂの検出信号から温度変化による変動分が除外される。
【００４２】
なお、補正ユニット７４は、第１補正を実行する第１補正部７４Ａと、第２補正を実行する第２補正部７４Ｂとを含むことが好ましい。これにより、第１補正部７４Ａが圧力センサ３Ａの検出信号から温度変化による変動分を除外するとともに、第２補正部７４Ｂが圧力センサ３Ｂの検出信号から温度変化による変動分を除外することが可能となる。
【００４３】
本実施形態では、補正ユニット７４が第１補正部７４Ａおよび第２補正部７４Ｂを含む例を示したが、これに限定されない。補正ユニット７４は、例えば、１つの補正部によって、第１補正および第２補正の両方を実行するようにしてもよい。
【００４４】
流量測定装置１００は、第１補正部７４Ａから出力された第１測定信号と、第２補正部７４Ｂから出力された第２測定信号との差分を求めることで、圧力センサ３Ａ、３Ｂ間の差圧を算出する。この差圧は、例えばデュアル圧力センサ１を流量制御弁の弁本体に取り付けた場合を例にすると、以下のように用いることができる。なお、この場合には、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂを、弁体の上流側の流体圧力および下流側の流体圧力をそれぞれ測定できるように配置する。
【００４５】
流量制御弁の流路内を流れる流体の流量Ｑは、弁体の上流側流路と下流側流路との間の流体の圧力差ΔＰと、弁体の開度で定まる流量係数（Ｃｖ値）とを用い、下記式（１）によって算出することができる。
【００４６】
Ｑ＝Ａ＊Ｃｖ＊√ΔＰ ・・・・（１）
但し、Ａは定数を示す。
【００４７】
つまり、流量測定装置１００で算出した差圧を上記式（１）のΔＰに代入することにより、流体の流量Ｑを算出することができ、流量測定装置１００は、この流量Ｑに応じて弁体の開度を制御することができる。
【００４８】
本実施形態では、デュアル圧力センサ１の出力先として、流体の流量を測定する流量測定装置１００の例を示したが、これに限定されない。デュアル圧力センサ１によって測定された２つの圧力信号（第１測定信号および第２測定信号）を使用するものであれば、他の回路、機器、装置などであってもよい。
【００４９】
次に、デュアル圧力センサ１を流量制御弁に取り付けた場合を例にして、デュアル圧力センサ１および流量測定装置１００の動作を説明する。
【００５０】
最初に、弁体より上流側の被測定圧力が圧力センサ３Ａのダイアフラムに印加され、弁体より下流側の被測定圧力が圧力センサ３Ｂのダイアフラムに印加されると、各圧力センサ３Ａ、３Ｂのダイアフラムは、印加された圧力に応じて歪み、この歪みにより拡散型歪みゲージの出力電圧が変化する。
【００５１】
続いて、第１圧力検出部７２Ａおよび第２圧力検出部７２Ａは、出力電圧の変化に基づいてそれぞれの圧力を測定し、測定結果を検出信号として第１補正部７４Ａまたは第２補正部７４Ｂに出力する。この場合、ダイアフラムには気密容器２内の圧力が基準圧力として印加されているため、各圧力センサ３Ａ、３Ｂの出力電圧は、それぞれの被測定圧力に相当する絶対圧の出力電圧となる。
【００５２】
続いて、第１補正部７４Ａおよび第２補正部７４Ｂは、温度検出部７３から取得した検出温度を用いて、検出信号に対応する圧力値の補正処理をそれぞれ実行し、その実行結果を測定信号として流量測定装置１００にそれぞれ出力する。
【００５３】
続いて、流量測定装置１００は、デュアル圧力センサ１から入力された各測定信号に対応する圧力値を用いて差圧ΔＰを算出し、算出した差圧ΔＰを上記式（１）に代入して演算することで、流量制御弁を流れる流体の流量Ｑを算出する。
【００５４】
このように、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、伝熱部材８は、熱伝導性を有するととともに、一端部８ａが圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂに接触し他端部８ｂが温度センサ４に接触する。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの熱が温度センサ４に伝導される。したがって、１つの温度センサ４で圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの温度を検出することができ、従来のデュアル物理量センサと比較して、部品点数やコストを削減することができる。
【００５５】
また、伝熱部材８は接触しているだけなので、圧力センサ３Ａ、圧力センサ３Ｂ、および、温度センサ４のうちのいずれかが故障したときに、故障したセンサだけを容易に交換することができ、接着した場合のように、故障のない他の正常なセンサとともに交換し、破棄する必要がない。
【００５６】
さらに、伝熱部材８は、一端部８ａと他端部８ｂとの間に弾性を有する弾性部８ｃを含む。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂのうちの少なくとも一方が振動した場合に、当該振動が弾性部８ｃによって減衰され、吸収される。したがって、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂならびに温度センサ４との接触を維持（保持）することができ、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの温度を安定して検出することができる。
【００５７】
また、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの外周部は、相互に伝熱部材８の一端部８ａが挿入される凹部３ｃを形成する。これにより、伝熱部材８の一端部８ａが凹部３ｃによって固定される。したがって、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂのうちの少なくとも一方に横方向の振動が生じた場合でも、一端部８ａと圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂとの接触を維持（保持）することができる。
【００５８】
また、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂが気密容器２に設置され、温度センサ４が基板６に設置される。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂと温度センサ４とを物理的に分離して配置し、伝熱部材８を気密容器２と基板６との接続部材として機能させることが可能となる。したがって、気密容器２の振動や変形などの影響が温度センサ４に及ぶ蓋然性を低減することができる。
【００５９】
また、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、伝熱部材８は、金属製の板状部材から成形される。これにより、当該金属製の板状部材に切断や折り曲げなどの加工を施すことで、熱伝導性および弾性を有する伝熱部材８を製造することが可能となる。したがって、伝熱部材８を安価かつ容易に実現することができる。
【００６０】
また、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、温度センサ４の検出温度に基づいて、第１補正および第２補正が実行される。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの実際の温度に基づいて、圧力センサ３Ａの検出信号から温度変化による変動分が除外され、圧力センサ３Ｂの検出信号から温度変化による変動分が除外される。したがって、例えば、弁体より上流側の被測定圧力および弁体より下流側の被測定圧力の検出精度を向上させることができる。
【００６１】
また、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、補正ユニット７４は、第１補正を実行する第１補正部７４Ａと、第２補正を実行する第２補正部７４Ｂと、を含む。これにより、第１補正部７４Ａが圧力センサ３Ａの検出信号から温度変化による変動分を除外するとともに、第２補正部７４Ｂが圧力センサ３Ｂの検出信号から温度変化による変動分を除外することが可能となる。したがって、第１補正および第２補正を並行して実行することができる。
【００６２】
[変形例]
本発明を、前述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす記述および図面は、この発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態や運用技術などが明らかになるはずである。
【００６３】
なお、以下の変形例において、前述した実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、前述した実施形態と類似する構成部分は類似の符号をもって表し、その詳細な説明を省略する。さらに、図示しない構成部分は、前述した実施形態と同様とする。
【００６４】
（第１変形例）
図５は、第１変形例におけるデュアル圧力センサ１の片側断面図であり、図６は、図５に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。図５および図６に示すように、第１変形例におけるデュアル圧力センサ１は、ヒータ５を含む点で前述の実施形態におけるデュアル圧力センサ１と異なる。
【００６５】
図６に示すように、ヒータ５は、圧力センサ３Ａ、３Ｂの周囲を取り囲むように設置され、自ら発熱して圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂをムラなく暖める（加熱する）。
【００６６】
図７は、図５および図６に示したデュアル圧力センサ１の機能構成を説明するブロック図である。図７に示すように、ヒータ部７１は、ヒータ５を駆動して、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂをあらかじめ定めた所定温度に暖める（加熱する）。所定温度は、被測定対象が取り得る温度範囲の上限よりも少し高い温度に設定することが好ましい。例えば、被測定対象が取り得る温度範囲が７℃〜６５℃である場合には、その上限である６５℃よりも少し高い７０℃〜７５℃位に設定する。これにより、外気温の変化などによって被測定対象やデュアル圧力センサ１の周辺温度が変化した場合であっても、ヒータ５の発熱により、温度変化による影響を排除できるレベルにまで圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの温度を上昇させることができるので、圧力センサ３Ａと圧力センサ３Ｂとの間に温度差が生ずる事態を抑止することができる。したがって、圧力値の検出精度を向上させることができる。
【００６７】
（第２変形例）
図８は、第２変形例におけるデュアル圧力センサ１の機能構成を説明するブロック図である。第１変形例ではヒータ５の発熱量を制御していないが、圧力センサ３Ａ、３Ｂの温度があらかじめ設定した所定温度を維持するように、温度検出部７３の検出温度に基づいてヒータ５の発熱量をフィードバック制御するようにしてもよい。例えば、図８に示すように、第２変形例におけるデュアル圧力センサ１は、第１変形例で示したヒータ５およびヒータ部７１に加え、ヒータ制御部７５をさらに含む点で前述の実施形態におけるデュアル圧力センサ１と異なる。
【００６８】
ヒータ制御部７５は、温度検出部７３の検出温度が、あらかじめ設定した所定温度になるように、ヒータ５を駆動するヒータ部７１を制御する。これにより、例えば、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂが損傷する温度にまで上昇することがないように、ヒータ５の発熱量を抑制することが可能となる。
【００６９】
（第３変形例）
図９は、第３変形例におけるデュアル圧力センサ１の機能構成を説明するブロック図である。第２変形例においてヒータ５の発熱量をフィードバック制御すると、圧力センサ３Ａ、３Ｂの温度は所定温度に維持される。その結果、圧力センサ３Ａ、３Ｂの圧力値を補正する際に用いる補正式の変数も、所定温度に維持されることになる。よって、この場合には、変数を所定温度で固定した補正式を用いて圧力値を補正することとしてもよい。例えば、図９に示すように、第３変形例におけるデュアル圧力センサ１は、第１変形例で示したヒータ５およびヒータ部７１に加え、第２実施例で示したヒータ制御部７５をさらに含み、温度検出部７３の検出温度を第１補正部７４Ａおよび第２補正部７４Ｂに入力しない点で前述の実施形態におけるデュアル圧力センサ１と異なる。
【００７０】
ヒータ制御部７５は、第２変形例と同様に、温度検出部７３の検出温度があらかじめ設定した所定温度になるように、ヒータ部７１を介してヒータ５の発熱量を制御する。また、補正式記憶部Ａ４、Ｂ４に記憶する補正式の変数には、所定温度をあらかじめ設定しておく。これにより、補正式を簡素化することができるので、補正式記憶部Ａ４、Ｂ４における補正式の記憶領域を削減することが可能となる。
【００７１】
なお、前述した実施形態および各変形例の構成を組み合わせたり、あるいは、一部の構成部分を入れ替えたりしてもよい。また、本発明の構成は、前述した実施形態および各変形例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１…デュアル圧力センサ、２…気密容器、３Ａ、３Ｂ…圧力センサ、３ｃ…凹部、３ｈ…導入孔、３ｋ…切欠、４…温度センサ、５…ヒータ、６…基板、７…制御回路、８…伝熱部材、８ａ…一端部、８ｂ…他端部、８ｃ…弾性部、２１…容器本体、２１ｈ…挿通孔、２２…蓋体、７１…ヒータ部、７２Ａ…第１圧力検出部、７２Ｂ…第２圧力検出部、７３…温度検出部、７４Ａ…第１補正部、７４Ｂ…第２補正部、７５…ヒータ制御部、１００…流量測定装置、Ａ１、Ｂ１…セレクタ部、Ａ２、Ｂ２…Ａ／Ｄ変換部、Ａ３、Ｂ３…補正演算部、Ａ４、Ｂ４…補正式記憶部。
【技術分野】
【０００１】
本発明はデュアル物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のセンサとして、被測定対象の圧力を２つの圧力センサでそれぞれ検出するデュアル圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。このデュアル圧力センサは、例えば、下記特許文献２に記載されている流量制御弁の弁本体に取り付け、差圧センサとして使用することができる。この場合に、デュアル圧力センサは、弁体より上流側の流体圧力と弁体より下流側の流体圧力とをそれぞれ検出し、流量制御弁を制御する流量測定装置に出力する。流量測定装置は、上流側の流体圧力と下流側の流体圧力との差圧に基づいて流量制御弁の流路内を流れる流体の流量を算出する。
【０００３】
ところで、圧力センサには、出力値が使用時の温度に応じて変動する温度特性を有するものがある。このような温度特性を有する圧力センサを用いて流体の流量を精度良く算出するためには、圧力センサの出力値を的確に温度補正し、出力値から温度変化による変動分を除外する必要がある。このため、特許文献１に記載のデュアル圧力センサでは、２つの圧力センサにそれぞれ温度センサを搭載し、この温度センサの検出温度を用いて各圧力センサの検出値を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３１００３号公報
【特許文献２】特開２００９−１１５３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のデュアル圧力センサは、１つのデュアル圧力センサに対して２つの温度センサを備える必要があるため、部品点数やコストの削減に対する要求に応えることが難しかった。
【０００６】
本発明のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、部品点数やコストを削減することができるデュアル物理量センサを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るデュアル物理量センサは、第１被測定対象の物理量を検出する第１物理量検出素子と、第２被測定対象の物理量を検出する第２物理量検出素子と、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の温度を検出する温度検出素子と、第１物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外する第１補正と、第２物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外する第２補正とを実行する補正ユニットと、熱伝導性を有するととともに、一端部が第１物理量検出素子および第２物理量検出素子に接触し他端部が温度検出素子に接触する伝熱部材と、を備え、伝熱部材は、一端部と他端部との間に弾性を有する弾性部を含む。
【０００８】
かかる構成によれば、伝熱部材は、熱伝導性を有するととともに、一端部が第１物理量検出素子および第２物理量検出素子に接触し他端部が温度検出素子に接触する。これにより、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の熱が温度検出素子に伝導される。
【０００９】
また、伝熱部材は、一端部と他端部との間に弾性を有する弾性部を含む。これにより、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子のうちの少なくとも一方が振動した場合に、当該振動が弾性部によって減衰され、吸収される。
【００１０】
好ましくは、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の外周部は、相互に伝熱部材の一端部が挿入される凹部を形成する。
【００１１】
かかる構成によれば、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の外周部は、相互に伝熱部材の一端部が挿入される凹部を形成する。これにより、伝熱部材の一端部が凹部によって固定される。したがって、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子のうちの少なくとも一方に横方向の振動が生じた場合でも、一端部と第１物理量検出素子および第２物理量検出素子との接触を維持（保持）することができる。
【００１２】
好ましくは、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子が設置される容器と、温度検出素子が設置される基板と、をさらに備える。
【００１３】
かかる構成によれば、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子が容器に設置され、温度検出素子が基板に設置される。これにより、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子と温度検出素子とを物理的に分離して配置し、伝熱部材を容器と基板との接続部材として機能させることが可能となる。したがって、容器の振動や変形などの影響が温度検出素子に及ぶ蓋然性を低減することができる。
【００１４】
好ましくは、伝熱部材は、金属製の板状部材から成形される。
【００１５】
かかる構成によれば、伝熱部材は、金属製の板状部材から成形される。これにより、当該金属製の板状部材に切断や折り曲げなどの加工を施すことで、熱伝導性および弾性を有する伝熱部材を製造することが可能となる。したがって、伝熱部材を安価かつ容易に実現することができる。
【００１６】
好ましくは、補正ユニットは、温度検出素子の検出温度に基づいて、第１補正および第２補正を実行する。
【００１７】
かかる構成によれば、温度検出素子の検出温度に基づいて、第１補正および第２補正が実行される。これにより、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の実際の温度に基づいて、第１物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分が除外され、第２物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分が除外される。したがって、第１被測定対象の物理量および第２被測定対象の物理量の検出精度を向上させることができる。
【００１８】
好ましくは、補正ユニットは、第１補正を実行する第１補正部と、第２補正を実行する第２補正部と、を含む。
【００１９】
かかる構成によれば、補正ユニットは、第１補正を実行する第１補正部と、第２補正を実行する第２補正部と、を含む。これにより、第１補正部が第１物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外するとともに、第２補正部が第２物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外することが可能となる。したがって、第１補正および第２補正を並行して実行することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の熱が温度検出素子に伝導される。したがって、１つの温度検出素子で第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の温度を検出することができ、従来のデュアル物理量センサと比較して、部品点数やコストを削減することができる。また、伝熱部材は接触しているだけなので、第１物理量検出素子、第２物理量検出素子、および、温度検出素子のうちのいずれかが故障したときに、故障した素子だけを容易に交換することができ、接着した場合のように、故障のない他の正常な素子とともに交換し、破棄する必要がない。さらに、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子のうちの少なくとも一方が振動した場合に、当該振動が弾性部によって減衰され、吸収される。したがって、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子ならびに温度検出素子との接触を維持（保持）することができ、第１物理量検出素子および第２物理量検出素子の温度を安定して検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態におけるデュアル圧力センサの片側断面図である。
【図２】図１に示したＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。
【図３】図２に示した伝熱部材を取り外した状態を説明する上面図である。
【図４】図１に示したデュアル圧力センサの機能構成を説明するブロック図である。
【図５】第１変形例におけるデュアル圧力センサの片側断面図である。
【図６】図５に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。
【図７】図５および図６に示したデュアル圧力センサの機能構成を説明するブロック図である。
【図８】第２変形例におけるデュアル圧力センサの機能構成を説明するブロック図である。
【図９】第３変形例におけるデュアル圧力センサの機能構成を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。
【００２３】
図１ないし図４は、本発明に係るデュアル物理量センサの一実施形態を示すためのものである。本実施形態では、デュアル物理量センサとして、２つの圧力センサを備えるデュアル物理量センサについて説明する。なお、物理量は、圧力に限定されず、他の物理量であっても、同様に適用することができる。
【００２４】
図１は、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１の片側断面図であり、図２は、図１に示したＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。図１および図２に示すように、デュアル圧力センサ１は、気密容器２と、２つの圧力センサ３Ａ、３Ｂと、温度センサ４と、基板６と、制御回路７と、伝熱部材８と、を含んで構成される。
【００２５】
気密容器２は、合成樹脂などを材料として成形される容器本体２１および蓋体２２を有する。容器本体２１は、上方に開口する有底箱型の容器である。容器本体２１の底板には、２つの圧力センサ３Ａ、３Ｂに対応して挿通孔２１ｈがそれぞれ形成されている。蓋体２２は、容器本体２１の上面にシール部材（図示省略）を介してねじ止め固定されることで、容器本体２１の開口部を気密に密封する。
【００２６】
容器本体２１の内部には、２つの圧力センサ３Ａ、３Ｂが設置されている。圧力センサ３Ａ、３Ｂは、それぞれの導入孔３ｈから取り込まれる被測定対象の圧力をそれぞれ検出する。被測定対象としては、例えば、水やガスなどの流体が挙げられる。圧力センサ３Ａ、３Ｂとしては、例えば、ダイアフラム（薄肉感圧部）が形成された半導体基板（シリコン）と、この半導体基板に不純物またはイオンの打ち込み技術によって形成される拡散型歪みゲージと、を有する公知の半導体圧力センサが挙げられる。拡散型歪みゲージは、ダイアフラムの被測定圧力による歪みを、ピエゾ抵抗効果を利用して検出し、電気信号に変換する。このような圧力センサ３Ａ、３Ｂは、出力のゲインやオフセットが使用温度に応じて変化するという温度特性を有する。
【００２７】
伝熱部材８は、熱伝導性を有するとともに、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂのそれぞれに接触している。より具体的には、伝熱部材８の一端部８ａは、凹部３ｃに脱着自在に挿入されている。これにより、伝熱部材８の一端部８ａが凹部３ｃによって固定される。なお、凹部３ｃは図２において破線で表されている。
【００２８】
図３は、図２に示した伝熱部材８を取り外した状態を説明する上面図である。図３に示すように、圧力センサ３Ａ、３Ｂは、外周部の一部が互いに接触するように並設されている。圧力センサ３Ａ、３Ｂの接触部分には、それぞれ切欠３ｋを有しており、この２つの切欠３ｋによって溝状の凹部３ｃが形成される。
【００２９】
本実施形態では、圧力センサ３Ａ、３Ｂを、外周部の一部が互いに接触するように並設したが、これに限定されない。圧力センサ３Ａ、３Ｂの外周部によって凹部３ｃが形成される限り、外周部の一部が互いに接触していなくてもよい。なお、２つの圧力センサ３Ａ、３Ｂの外周部同士を互いに接触させることにより、圧力センサ３Ａ、３Ｂ間の温度差を生じ難くすることができる。
【００３０】
一方、図１に示すように、伝熱部材８の他端部８ｂは、温度センサ４に接触している。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの熱が温度センサ４に伝導される。
【００３１】
また、伝熱部材８は、一端部８ａと他端部８ｂとの間に、バネ状に成形された弾性を有する弾性部８ｃを含んでいる。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂのうちの少なくとも一方が振動した場合に、当該振動が弾性部８ｃによって減衰され、吸収される。
【００３２】
なお、伝熱部材８は、例えば、銅やアルミニウムなどの金属製の板状部材から成形されるのが好ましい。これにより、当該金属製の板状部材に切断や折り曲げなどの加工を施すことで、熱伝導性および弾性を有する伝熱部材８を製造することが可能となる。
【００３３】
温度センサ４は、基板６において２つの圧力センサ３Ａ、３Ｂに対向する面、すなわち、基板６の下面に設けられ、伝熱部材８を介して圧力センサ３Ａ、３Ｂの温度を検出する。このように、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂを気密容器２に設置し、温度センサ４を基板６に設置することにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂと温度センサ４とを物理的に分離して配置し、伝熱部材８を気密容器２と基板６との接続部材として機能させることが可能となる。
【００３４】
制御回路７は、基板６の上面に設けられ、デュアル圧力センサ１の各部の動作を制御する。制御回路７は、以下に記述するデュアル圧力センサ１の各機能を実現する。
【００３５】
次に、図４を参照して、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１の機能構成について説明する。
【００３６】
図４は、図１に示したデュアル圧力センサ１の機能構成を説明するブロック図である。図４に示すように、デュアル圧力センサ１は、第１圧力検出部７２Ａと、第２圧力検出部７２Ｂと、温度検出部７３と、補正ユニット７４と、を有する。
【００３７】
第１圧力検出部７２Ａは、圧力センサ３Ａから検出信号を取得し、取得した検出信号を補正ユニット７４に出力する。第２圧力検出部７２Ｂは、圧力センサ３Ｂから検出信号を取得し、取得した検出信号を補正ユニット７４に出力する。
【００３８】
温度検出部７３は、温度センサ４から検出温度を取得し、取得した検出温度を補正ユニット７４に出力する。
【００３９】
補正ユニット７４は、第１補正部７４Ａと、第２補正部７４Ｂと、を含んで構成される。第１補正部７４Ａは、温度検出部７３から取得した検出温度に基づいて、第１圧力検出部７２Ａから取得した検出信号を補正し、補正後の信号を第１測定信号として流量測定装置１００に出力する。第２補正部７４Ｂは、温度検出部７３から取得した検出温度に基づいて、第２圧力検出部７２Ｂから取得した検出信号を補正し、補正後の信号を第２測定信号として流量測定装置１００に出力する。
【００４０】
第１補正部７４Ａおよび第２補正部７４Ｂは、それぞれ、セレクタ部Ａ１、Ｂ１、Ａ／Ｄ変換部Ａ２、Ｂ２、補正演算部Ａ３、Ｂ３および補正式記憶部Ａ４、Ｂ４を有する。セレクタ部Ａ１、Ｂ１は、例えば、マルチプレクサであり、第１圧力検出部７２Ａまたは第２圧力検出部７２Ｂと温度検出部７３とからそれぞれ信号を受信し、いずれかの信号を選択してＡ／Ｄ変換部Ａ２、Ｂ２に出力する。
【００４１】
Ａ／Ｄ変換部Ａ２、Ｂ２は、セレクタ部Ａ１、Ｂ１から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換して補正演算部Ａ３、Ｂ３に出力する。補正演算部Ａ３、Ｂ３は、Ａ／Ｄ変換部Ａ２、Ｂ２から受信したデジタル信号に対応する圧力値を、補正式記憶部Ａ４、Ｂ４に記憶されている補正式を用いて補正処理を実行し、補正処理後の圧力値に対応する信号を測定信号として流量測定装置１００に出力する。補正式としては、例えば、温度を変数とする一次式や二次式などを用いることができる。補正式は、例えば、あらかじめ実験などを行って温度ごとに基準温度からの温度変化による圧力値の変動を求め、この変動分を検出信号から除外できるような式を準備しておく。つまり、補正演算部Ａ３、Ｂ３が実行する補正処理は、第１圧力検出部７２Ａまたは第２圧力検出部７２Ｂの検出信号から温度変化による変動分を除外する第１補正または第２補正を行う処理となる。このように、温度センサ４の検出温度に基づいて、第１補正および第２補正を実行することにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの実際の温度に基づいて、圧力センサ３Ａの検出信号から温度変化による変動分が除外され、圧力センサ３Ｂの検出信号から温度変化による変動分が除外される。
【００４２】
なお、補正ユニット７４は、第１補正を実行する第１補正部７４Ａと、第２補正を実行する第２補正部７４Ｂとを含むことが好ましい。これにより、第１補正部７４Ａが圧力センサ３Ａの検出信号から温度変化による変動分を除外するとともに、第２補正部７４Ｂが圧力センサ３Ｂの検出信号から温度変化による変動分を除外することが可能となる。
【００４３】
本実施形態では、補正ユニット７４が第１補正部７４Ａおよび第２補正部７４Ｂを含む例を示したが、これに限定されない。補正ユニット７４は、例えば、１つの補正部によって、第１補正および第２補正の両方を実行するようにしてもよい。
【００４４】
流量測定装置１００は、第１補正部７４Ａから出力された第１測定信号と、第２補正部７４Ｂから出力された第２測定信号との差分を求めることで、圧力センサ３Ａ、３Ｂ間の差圧を算出する。この差圧は、例えばデュアル圧力センサ１を流量制御弁の弁本体に取り付けた場合を例にすると、以下のように用いることができる。なお、この場合には、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂを、弁体の上流側の流体圧力および下流側の流体圧力をそれぞれ測定できるように配置する。
【００４５】
流量制御弁の流路内を流れる流体の流量Ｑは、弁体の上流側流路と下流側流路との間の流体の圧力差ΔＰと、弁体の開度で定まる流量係数（Ｃｖ値）とを用い、下記式（１）によって算出することができる。
【００４６】
Ｑ＝Ａ＊Ｃｖ＊√ΔＰ ・・・・（１）
但し、Ａは定数を示す。
【００４７】
つまり、流量測定装置１００で算出した差圧を上記式（１）のΔＰに代入することにより、流体の流量Ｑを算出することができ、流量測定装置１００は、この流量Ｑに応じて弁体の開度を制御することができる。
【００４８】
本実施形態では、デュアル圧力センサ１の出力先として、流体の流量を測定する流量測定装置１００の例を示したが、これに限定されない。デュアル圧力センサ１によって測定された２つの圧力信号（第１測定信号および第２測定信号）を使用するものであれば、他の回路、機器、装置などであってもよい。
【００４９】
次に、デュアル圧力センサ１を流量制御弁に取り付けた場合を例にして、デュアル圧力センサ１および流量測定装置１００の動作を説明する。
【００５０】
最初に、弁体より上流側の被測定圧力が圧力センサ３Ａのダイアフラムに印加され、弁体より下流側の被測定圧力が圧力センサ３Ｂのダイアフラムに印加されると、各圧力センサ３Ａ、３Ｂのダイアフラムは、印加された圧力に応じて歪み、この歪みにより拡散型歪みゲージの出力電圧が変化する。
【００５１】
続いて、第１圧力検出部７２Ａおよび第２圧力検出部７２Ａは、出力電圧の変化に基づいてそれぞれの圧力を測定し、測定結果を検出信号として第１補正部７４Ａまたは第２補正部７４Ｂに出力する。この場合、ダイアフラムには気密容器２内の圧力が基準圧力として印加されているため、各圧力センサ３Ａ、３Ｂの出力電圧は、それぞれの被測定圧力に相当する絶対圧の出力電圧となる。
【００５２】
続いて、第１補正部７４Ａおよび第２補正部７４Ｂは、温度検出部７３から取得した検出温度を用いて、検出信号に対応する圧力値の補正処理をそれぞれ実行し、その実行結果を測定信号として流量測定装置１００にそれぞれ出力する。
【００５３】
続いて、流量測定装置１００は、デュアル圧力センサ１から入力された各測定信号に対応する圧力値を用いて差圧ΔＰを算出し、算出した差圧ΔＰを上記式（１）に代入して演算することで、流量制御弁を流れる流体の流量Ｑを算出する。
【００５４】
このように、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、伝熱部材８は、熱伝導性を有するととともに、一端部８ａが圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂに接触し他端部８ｂが温度センサ４に接触する。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの熱が温度センサ４に伝導される。したがって、１つの温度センサ４で圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの温度を検出することができ、従来のデュアル物理量センサと比較して、部品点数やコストを削減することができる。
【００５５】
また、伝熱部材８は接触しているだけなので、圧力センサ３Ａ、圧力センサ３Ｂ、および、温度センサ４のうちのいずれかが故障したときに、故障したセンサだけを容易に交換することができ、接着した場合のように、故障のない他の正常なセンサとともに交換し、破棄する必要がない。
【００５６】
さらに、伝熱部材８は、一端部８ａと他端部８ｂとの間に弾性を有する弾性部８ｃを含む。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂのうちの少なくとも一方が振動した場合に、当該振動が弾性部８ｃによって減衰され、吸収される。したがって、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂならびに温度センサ４との接触を維持（保持）することができ、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの温度を安定して検出することができる。
【００５７】
また、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの外周部は、相互に伝熱部材８の一端部８ａが挿入される凹部３ｃを形成する。これにより、伝熱部材８の一端部８ａが凹部３ｃによって固定される。したがって、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂのうちの少なくとも一方に横方向の振動が生じた場合でも、一端部８ａと圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂとの接触を維持（保持）することができる。
【００５８】
また、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂが気密容器２に設置され、温度センサ４が基板６に設置される。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂと温度センサ４とを物理的に分離して配置し、伝熱部材８を気密容器２と基板６との接続部材として機能させることが可能となる。したがって、気密容器２の振動や変形などの影響が温度センサ４に及ぶ蓋然性を低減することができる。
【００５９】
また、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、伝熱部材８は、金属製の板状部材から成形される。これにより、当該金属製の板状部材に切断や折り曲げなどの加工を施すことで、熱伝導性および弾性を有する伝熱部材８を製造することが可能となる。したがって、伝熱部材８を安価かつ容易に実現することができる。
【００６０】
また、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、温度センサ４の検出温度に基づいて、第１補正および第２補正が実行される。これにより、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの実際の温度に基づいて、圧力センサ３Ａの検出信号から温度変化による変動分が除外され、圧力センサ３Ｂの検出信号から温度変化による変動分が除外される。したがって、例えば、弁体より上流側の被測定圧力および弁体より下流側の被測定圧力の検出精度を向上させることができる。
【００６１】
また、本実施形態におけるデュアル圧力センサ１によれば、補正ユニット７４は、第１補正を実行する第１補正部７４Ａと、第２補正を実行する第２補正部７４Ｂと、を含む。これにより、第１補正部７４Ａが圧力センサ３Ａの検出信号から温度変化による変動分を除外するとともに、第２補正部７４Ｂが圧力センサ３Ｂの検出信号から温度変化による変動分を除外することが可能となる。したがって、第１補正および第２補正を並行して実行することができる。
【００６２】
[変形例]
本発明を、前述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす記述および図面は、この発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態や運用技術などが明らかになるはずである。
【００６３】
なお、以下の変形例において、前述した実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、前述した実施形態と類似する構成部分は類似の符号をもって表し、その詳細な説明を省略する。さらに、図示しない構成部分は、前述した実施形態と同様とする。
【００６４】
（第１変形例）
図５は、第１変形例におけるデュアル圧力センサ１の片側断面図であり、図６は、図５に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。図５および図６に示すように、第１変形例におけるデュアル圧力センサ１は、ヒータ５を含む点で前述の実施形態におけるデュアル圧力センサ１と異なる。
【００６５】
図６に示すように、ヒータ５は、圧力センサ３Ａ、３Ｂの周囲を取り囲むように設置され、自ら発熱して圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂをムラなく暖める（加熱する）。
【００６６】
図７は、図５および図６に示したデュアル圧力センサ１の機能構成を説明するブロック図である。図７に示すように、ヒータ部７１は、ヒータ５を駆動して、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂをあらかじめ定めた所定温度に暖める（加熱する）。所定温度は、被測定対象が取り得る温度範囲の上限よりも少し高い温度に設定することが好ましい。例えば、被測定対象が取り得る温度範囲が７℃〜６５℃である場合には、その上限である６５℃よりも少し高い７０℃〜７５℃位に設定する。これにより、外気温の変化などによって被測定対象やデュアル圧力センサ１の周辺温度が変化した場合であっても、ヒータ５の発熱により、温度変化による影響を排除できるレベルにまで圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂの温度を上昇させることができるので、圧力センサ３Ａと圧力センサ３Ｂとの間に温度差が生ずる事態を抑止することができる。したがって、圧力値の検出精度を向上させることができる。
【００６７】
（第２変形例）
図８は、第２変形例におけるデュアル圧力センサ１の機能構成を説明するブロック図である。第１変形例ではヒータ５の発熱量を制御していないが、圧力センサ３Ａ、３Ｂの温度があらかじめ設定した所定温度を維持するように、温度検出部７３の検出温度に基づいてヒータ５の発熱量をフィードバック制御するようにしてもよい。例えば、図８に示すように、第２変形例におけるデュアル圧力センサ１は、第１変形例で示したヒータ５およびヒータ部７１に加え、ヒータ制御部７５をさらに含む点で前述の実施形態におけるデュアル圧力センサ１と異なる。
【００６８】
ヒータ制御部７５は、温度検出部７３の検出温度が、あらかじめ設定した所定温度になるように、ヒータ５を駆動するヒータ部７１を制御する。これにより、例えば、圧力センサ３Ａおよび圧力センサ３Ｂが損傷する温度にまで上昇することがないように、ヒータ５の発熱量を抑制することが可能となる。
【００６９】
（第３変形例）
図９は、第３変形例におけるデュアル圧力センサ１の機能構成を説明するブロック図である。第２変形例においてヒータ５の発熱量をフィードバック制御すると、圧力センサ３Ａ、３Ｂの温度は所定温度に維持される。その結果、圧力センサ３Ａ、３Ｂの圧力値を補正する際に用いる補正式の変数も、所定温度に維持されることになる。よって、この場合には、変数を所定温度で固定した補正式を用いて圧力値を補正することとしてもよい。例えば、図９に示すように、第３変形例におけるデュアル圧力センサ１は、第１変形例で示したヒータ５およびヒータ部７１に加え、第２実施例で示したヒータ制御部７５をさらに含み、温度検出部７３の検出温度を第１補正部７４Ａおよび第２補正部７４Ｂに入力しない点で前述の実施形態におけるデュアル圧力センサ１と異なる。
【００７０】
ヒータ制御部７５は、第２変形例と同様に、温度検出部７３の検出温度があらかじめ設定した所定温度になるように、ヒータ部７１を介してヒータ５の発熱量を制御する。また、補正式記憶部Ａ４、Ｂ４に記憶する補正式の変数には、所定温度をあらかじめ設定しておく。これにより、補正式を簡素化することができるので、補正式記憶部Ａ４、Ｂ４における補正式の記憶領域を削減することが可能となる。
【００７１】
なお、前述した実施形態および各変形例の構成を組み合わせたり、あるいは、一部の構成部分を入れ替えたりしてもよい。また、本発明の構成は、前述した実施形態および各変形例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１…デュアル圧力センサ、２…気密容器、３Ａ、３Ｂ…圧力センサ、３ｃ…凹部、３ｈ…導入孔、３ｋ…切欠、４…温度センサ、５…ヒータ、６…基板、７…制御回路、８…伝熱部材、８ａ…一端部、８ｂ…他端部、８ｃ…弾性部、２１…容器本体、２１ｈ…挿通孔、２２…蓋体、７１…ヒータ部、７２Ａ…第１圧力検出部、７２Ｂ…第２圧力検出部、７３…温度検出部、７４Ａ…第１補正部、７４Ｂ…第２補正部、７５…ヒータ制御部、１００…流量測定装置、Ａ１、Ｂ１…セレクタ部、Ａ２、Ｂ２…Ａ／Ｄ変換部、Ａ３、Ｂ３…補正演算部、Ａ４、Ｂ４…補正式記憶部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１被測定対象の物理量を検出する第１物理量検出素子と、
第２被測定対象の物理量を検出する第２物理量検出素子と、
前記第１物理量検出素子および前記第２物理量検出素子の温度を検出する温度検出素子と、
前記第１物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外する第１補正と、前記第２物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外する第２補正とを実行する補正ユニットと、
熱伝導性を有するととともに、一端部が前記第１物理量検出素子および前記第２物理量検出素子に接触し他端部が前記温度検出素子に接触する伝熱部材と、を備え、
前記伝熱部材は、前記一端部と前記他端部との間に弾性を有する弾性部を含む、
ことを特徴とするデュアル物理量センサ。
【請求項２】
前記第１物理量検出素子および前記第２物理量検出素子の外周部は、相互に前記伝熱部材の前記一端部が挿入される凹部を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載のデュアル物理量センサ。
【請求項３】
前記第１物理量検出素子および前記第２物理量検出素子が設置される容器と、
前記温度検出素子が設置される基板と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載のデュアル物理量センサ。
【請求項４】
前記伝熱部材は、金属製の板状部材から成形される
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のデュアル物理量センサ。
【請求項５】
前記補正ユニットは、前記温度検出素子の検出温度に基づいて、前記第１補正および前記第２補正を実行する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項記載のデュアル物理量センサ。
【請求項６】
前記補正ユニットは、前記第１補正を実行する第１補正部と、前記第２補正を実行する第２補正部と、を含む
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のデュアル物理量センサ。
【請求項１】
第１被測定対象の物理量を検出する第１物理量検出素子と、
第２被測定対象の物理量を検出する第２物理量検出素子と、
前記第１物理量検出素子および前記第２物理量検出素子の温度を検出する温度検出素子と、
前記第１物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外する第１補正と、前記第２物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外する第２補正とを実行する補正ユニットと、
熱伝導性を有するととともに、一端部が前記第１物理量検出素子および前記第２物理量検出素子に接触し他端部が前記温度検出素子に接触する伝熱部材と、を備え、
前記伝熱部材は、前記一端部と前記他端部との間に弾性を有する弾性部を含む、
ことを特徴とするデュアル物理量センサ。
【請求項２】
前記第１物理量検出素子および前記第２物理量検出素子の外周部は、相互に前記伝熱部材の前記一端部が挿入される凹部を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載のデュアル物理量センサ。
【請求項３】
前記第１物理量検出素子および前記第２物理量検出素子が設置される容器と、
前記温度検出素子が設置される基板と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載のデュアル物理量センサ。
【請求項４】
前記伝熱部材は、金属製の板状部材から成形される
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のデュアル物理量センサ。
【請求項５】
前記補正ユニットは、前記温度検出素子の検出温度に基づいて、前記第１補正および前記第２補正を実行する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項記載のデュアル物理量センサ。
【請求項６】
前記補正ユニットは、前記第１補正を実行する第１補正部と、前記第２補正を実行する第２補正部と、を含む
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のデュアル物理量センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５０４００（Ｐ２０１３−５０４００Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８８７１（Ｐ２０１１−１８８８７１）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]