JP4292643B2 - Gas pressure detector - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＰガス、都市ガス等の被測定気体のガス圧力検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の半導体式圧力検知装置を図５に基づいて説明する。
【０００３】
図５において、３０は圧力センサ装着部、３１は外枠、３２は圧力導入口、３３は半導体圧力センサ素子で、シリコン基盤上にエッチングにより設けられた厚み１０μｍ程度のダイヤフラム膜が最下面にあり、この膜上に受圧で生じる機械的歪により電気抵抗値が変化する半導体抵抗が形成されている。３４は台座で、通常半導体圧力センサ素子３３の熱膨張係数に近い金属、ガラス等で構成され、前記機械的歪を吸収する柔軟性のある緩衝材として、また半導体圧力センサ素子３３を保持するように使用されている。３５はリードフレームで、半導体圧力センサ素子３３と回路基板３８を保持してセンサケース３７に固定している。
【０００４】
３６は接合部で、接着剤または、共晶接合等２００℃程度の高温によって台座３４とセンサケース３７の接合が行われている。センサケース３７は上部に大気と通じる差圧孔４２を備えている。３８は増幅回路等の電気回路が形成された回路基板、３９は外枠３１とセンサース３７を接合する接着剤、４０はプラスチック樹脂によりセンサケース３７等をモールドした樹脂モールド、また半導体圧力センサ素子３３の外側には、大気中のゴミや水分が直接接触しないように、圧力伝達にエラーを生じない程度に十分に軟質のゲル４１がコーティングされた構成となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このガス圧力検知装置はガスメータ等に装着され、ガス圧力の監視等の機能を果たしているが、このガスメータが万一火災等に遭遇した場合、周囲温度の上昇により材料が高温劣化して、ガス漏れの可能性があるという課題があった。
【０００６】
本発明は、火災等による周囲温度の上昇時に圧力検知通路を閉止することにより、ガス漏れを防止する高信頼性のガス圧力検知装置を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、火災等による周囲温度の上昇時に耐熱材料で構成した圧力検知通路を閉止し、ガス漏れを防止するように構成したものである。これにより、火災等の周囲温度上昇時でもガス漏れ発生のない高信頼性の圧力検知装置が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、受圧膜の受圧歪みを電気信号として出力する圧力センサ素子と、前記圧力センサ素子の下面に接合された応力緩衝台座と前記緩衝台座と接着剤を介して保持し、周囲と気密に囲まれた圧力検知通路を構成し、内部に通路の閉止を目的とした温度ヒューズ回路を内蔵する圧力導入管と、前記圧力センサ素子からの電気信号をワイヤーを介し回路基板に伝送するリードフレームと、前記圧力センサ素子からの電気信号を温度特性データにより調整及び増幅し装置外へ出力する回路基板と前記圧力導入管とリードフレームを樹脂で一体成形され前記回路基板を収納する下ケースと装着部に固定する固定部を設けて前記下ケースを収容する上ケースとを備え、前記圧力導入管通路内部に半田リングと網状の隔壁を備えたガス圧力検知装置としたものである。
【０００９】
そして、圧力導入管内部に通路の閉止を目的とした温度ヒューズ回路を内蔵することにより、火災等で周囲温度が上昇した場合のガス漏れ防止が実現出来る作用を有する。また、火災等により周囲温度が上昇した場合、半田リングが溶融し網状の隔壁を閉止して、ガス漏れを防止する作用を有する。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明のガス圧力検知装置の実施例について図１から図４を用いて説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１は実施例１のガス圧力検知装置の断面図、図１において、半導体の圧力センサ素子１は、シリコン基板上にエッチングにより設けられた厚み１０μｍ程度のダイヤフラム膜を構成しており、このダイヤフラム膜上に圧力印加に伴う機械的歪により抵抗値が変化する半導体抵抗が形成されている。
【００１４】
この圧力センサ素子１の下面に接合された緩衝台座２を接着剤３を介してし、内部に火災等の高温異常時の通路の閉止を目的とした温度ヒューズ回路１１を内蔵する圧力導入管４で保持し周囲と気密状態で囲まれた圧力検知回路を構成している。
【００１５】
電気的には、圧力センサ素子１〜ワイヤ７〜リードフレーム４〜回路基板６で接続されており、回路基板６は図示はしない増幅回路等の電気回路が形成されている。
【００１６】
下ケース９は、圧力導入管３とリードフレーム４を一体成形し回路基板６を収納し、装着部１２への固定部を設けてなる上ケース１０に収納された構成となっている。
【００１７】
上記構成に基づき以下、作用について説明する。
【００１８】
下ケース９の下部にある圧力導入管３から印加される被測定気体（ＬＰガス、都市ガス）の圧力と大気圧との差圧により、圧力センサ素子１が機械的歪を生じ、その機械的歪は、印加圧力と大気圧の差圧に比例する。
【００１９】
圧力センサ素子１が歪を発生すると、圧力センサ素子１上に形成された半導体抵抗の抵抗値が歪の大きさに比例して変化する。この抵抗値変化を検出し、回路基板６上に設けられた増幅回路で増幅した電気信号を出力することにより、印加圧力と大気圧の差圧を測定している。
【００２０】
この圧力検知装置が火災等のため周囲温度が上昇した場合、圧力検査装置の各部品材料は高温劣化を発生し、最終的にはガス通路部よりのガス漏れにつながる場合も考えられる。
【００２１】
本実施例では各部品材料の高温劣化に至る前に、図２の温度ヒューズ回路１１が動作する。周囲の温度上昇によって、半田リング４１が溶融しロッド４２がスプリング４３の押し力に応じて半田リング４１方向に押し上げられパッキン４４が圧力導入管２３に密着して通路を閉止することとなる。
【００２２】
以上のように本実施例によれば、火災等による周囲温度の上昇時に各部品材料が高温劣化する以前に温度ヒューズ回路を動作させ、圧力検知通路を閉止することにより、ガス漏れを防止する高信頼性のガス圧力検知装置を実現することができる。
【００２３】
（実施例２）
図３は、実施例２の圧力導入管４の断面を示す。図３において、圧力導入管４の下部に高温で溶融する半田リング１３と網状隔壁１４が設けてある。
【００２４】
上記構成に基づき以下、作用について説明する。
【００２５】
周囲の温度上昇によって、半田リング４１が溶融し下部に設けられた網状隔壁１４の表面に滴下する。滴下した半田は表面張力により網状隔壁表面を閉塞し圧力検知通路を閉止することとなる。
【００２６】
以上のように本実施例によれば、火災等による周囲温度の上昇時に各部品材料が高温劣化する以前に網状隔壁１４を半田で閉塞することにより、圧力検知通路を閉止することにより、万が一のガス漏れを防止することができる。
【００２７】
（実施例３）
図４は、実施例３の形状記憶弁１５を示し、図４において、圧力導入管４の下部に形状記憶合金で製作された形状記憶弁１５が設けてあり、圧力導入管内部先端にはシールパッキン１６が設けてある。
【００２８】
上記構成に基づき以下、作用について説明する。
【００２９】
形状記憶弁は温度上昇により変形し常温以下で元の形状に戻る動作ヒステリシスの大きな変形形態を行う特性である。周囲の温度上昇によって、形状記憶弁１５がシールパッキン方向に変形することにより、形状記憶弁１５とシールパッキン１６が密着して圧力検知通路を閉止することとなる。
【００３０】
以上のように本実施例によれば、火災等による周囲温度の上昇時に各部品材料が高温劣化する以前に形状記憶弁１５が変形してシールパッキン１６に密着することにより、圧力検知通路が閉止されガス漏れを防止するという有利な効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、万が一の火災等の異常時にもガス漏れにむすびつかない高信頼性のガス圧力検知装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるガス圧力検知装置の断面図
【図２】同装置の温度ヒューズ回路を示す断面図
【図３】本発明の実施例２におけるガス圧力検知装置の圧力導入管を示す断面図
【図４】本発明の実施例３におけるガス圧力検知装置の形状記憶弁を示す断面図
【図５】従来の圧力検知装置の断面図
【符号の説明】
１、２１ 圧力センサ素子
２ 緩衝台座
３、２３ 圧力導入管
４ リードフレーム
５ 接着剤
６ 回路基板
７ ワイヤー
８ ポッテング剤（ゲル状）
９ 下ケース
１０ 上ケース
１１ 温度ヒューズ回路
１２ 装着部
１３ 半田リング
１４ 網状隔壁
１５ 形状記憶弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas pressure detection device for a gas to be measured such as LP gas and city gas.
[0002]
[Prior art]
A conventional semiconductor pressure detector of this type will be described with reference to FIG.
[0003]
In FIG. 5, 30 is a pressure sensor mounting portion, 31 is an outer frame, 32 is a pressure inlet, 33 is a semiconductor pressure sensor element, and a diaphragm film having a thickness of about 10 μm provided on the silicon substrate by etching is on the lowermost surface. On this film, a semiconductor resistor whose electric resistance value changes due to mechanical strain caused by pressure reception is formed. Reference numeral 34 denotes a pedestal, which is usually made of a metal, glass, or the like that has a thermal expansion coefficient close to that of the semiconductorpressure sensor element 33, and holds the semiconductorpressure sensor element 33 as a flexible buffer material that absorbs the mechanical strain. Is used. Alead frame 35 holds the semiconductorpressure sensor element 33 and thecircuit board 38 and is fixed to thesensor case 37.
[0004]
Reference numeral 36 denotes a joining portion, and the base 34 and thesensor case 37 are joined at a high temperature of about 200 ° C. such as an adhesive or eutectic joining. Thesensor case 37 is provided with adifferential pressure hole 42 communicating with the atmosphere at the top. 38 is a circuit board on which an electric circuit such as an amplifier circuit is formed, 39 is an adhesive for joining theouter frame 31 and thesensor 37, 40 is a resin mold obtained by molding thesensor case 37 etc. with a plastic resin, or a semiconductor pressure sensor element The outer side of 33 is coated with a sufficientlysoft gel 41 so as not to cause an error in pressure transmission so that dust and moisture in the atmosphere do not come into direct contact.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
This gas pressure detector is attached to a gas meter and performs functions such as monitoring the gas pressure. However, if this gas meter encounters a fire, etc., the ambient temperature rises and the material deteriorates to a high temperature, causing gas leakage. There was a problem that there was a possibility of.
[0006]
An object of the present invention is to realize a highly reliable gas pressure detection device that prevents gas leakage by closing a pressure detection passage when an ambient temperature rises due to a fire or the like.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the present invention is configured to close a pressure detection passage made of a heat-resistant material and prevent gas leakage when an ambient temperature rises due to a fire or the like. As a result, a highly reliable pressure detection device that does not cause gas leakage even when the ambient temperature rises such as a fire can be obtained.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, there is provided a pressure sensor element that outputs a pressure-receiving strain of a pressure-receiving film as an electric signal, a stress buffering base joined to a lower surface of the pressure sensor element, the buffering base, and an adhesive. And a pressure detection passage that is surrounded by air tightly and is surrounded by a pressure introduction pipe containing a temperature fuse circuit for the purpose of closing the passage, and an electric signal from the pressure sensor element via a wire. A lead frame that transmits to the circuit board, a circuit board that adjusts and amplifies the electrical signal from the pressure sensor element based on temperature characteristic data, and outputs the result to the outside of the apparatus, and the pressure introduction tube and the lead frame are integrally formed of resin provided fixing portion for fixing the mounting portion and the lower case for accommodating a upper case for housing the lower casea, Bei solder ring and mesh of the partition wall inside the pressure introduction pipe passage And it is obtained by the gas pressure detecting device.
[0009]
And by incorporating a temperature fuse circuit for the purpose of closing the passage inside the pressure introduction pipe, it has an effect of preventing gas leakage when the ambient temperature rises due to a fire or the like.In addition, when the ambient temperature rises due to a fire or the like, the solder ring melts and closes the net-like partition wall, thereby preventing gas leakage.
[0012]
【Example】
Embodiments of the gas pressure detection device of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0013]
Example 1
FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas pressure detecting device according to a first embodiment. In FIG. 1, a semiconductor pressure sensor element 1 is configured by a diaphragm film having a thickness of about 10 μm provided by etching on a silicon substrate. A semiconductor resistor whose resistance value changes due to mechanical strain accompanying pressure application is formed on the film.
[0014]
A pressure introduction pipe 4 having a built-intemperature fuse circuit 11 for the purpose of closing a passage in the event of a high temperature abnormality such as a fire through abuffer base 2 bonded to the lower surface of the pressure sensor element 1 through an adhesive 3. The pressure detection circuit is configured to be held by and surrounded by an airtight state.
[0015]
Electrically, the pressure sensor element 1, thewire 7, the lead frame 4, and thecircuit board 6 are connected, and thecircuit board 6 is formed with an electric circuit such as an amplifier circuit (not shown).
[0016]
The lower case 9 has a configuration in which thepressure introducing tube 3 and the lead frame 4 are integrally formed, thecircuit board 6 is accommodated, and theupper case 10 provided with a fixing portion to themounting portion 12 is accommodated.
[0017]
The operation will be described below based on the above configuration.
[0018]
The pressure sensor element 1 is mechanically distorted by the differential pressure between the pressure of the gas to be measured (LP gas, city gas) applied from thepressure introduction pipe 3 below the lower case 9 and the atmospheric pressure, and the mechanical strain is generated. The strain is proportional to the differential pressure between the applied pressure and atmospheric pressure.
[0019]
When the pressure sensor element 1 generates strain, the resistance value of the semiconductor resistor formed on the pressure sensor element 1 changes in proportion to the magnitude of the strain. By detecting this change in resistance value and outputting an electric signal amplified by an amplifier circuit provided on thecircuit board 6, the differential pressure between the applied pressure and the atmospheric pressure is measured.
[0020]
When the ambient temperature rises due to a fire or the like of this pressure detection device, each component material of the pressure inspection device may be deteriorated at a high temperature and may eventually lead to gas leakage from the gas passage portion.
[0021]
In this embodiment, thethermal fuse circuit 11 shown in FIG. 2 operates before each component material is deteriorated at a high temperature. As the ambient temperature rises, thesolder ring 41 is melted and therod 42 is pushed up in the direction of thesolder ring 41 according to the pressing force of thespring 43, so that thepacking 44 comes into close contact with thepressure introducing pipe 23 and closes the passage.
[0022]
As described above, according to this embodiment, when the ambient temperature rises due to a fire or the like, the temperature fuse circuit is operated before each component material is deteriorated at a high temperature, and the pressure detection passage is closed to prevent gas leakage. A reliable gas pressure detection device can be realized.
[0023]
(Example 2)
FIG. 3 shows a cross section of the pressure introducing tube 4 of the second embodiment. In FIG. 3, asolder ring 13 and amesh partition 14 that melt at a high temperature are provided below the pressure introducing pipe 4.
[0024]
The operation will be described below based on the above configuration.
[0025]
As the ambient temperature rises, thesolder ring 41 is melted and dropped onto the surface of thereticulated partition 14 provided below. The dropped solder closes the surface of the mesh-like partition wall by the surface tension and closes the pressure detection passage.
[0026]
As described above, according to this embodiment, by closing the pressure detection passage by closing themesh partition 14 with solder before each component material is deteriorated at a high temperature when the ambient temperature rises due to a fire or the like, Gas leakage can be prevented.
[0027]
(Example 3)
FIG. 4 shows ashape memory valve 15 according to the third embodiment. In FIG. 4, ashape memory valve 15 made of a shape memory alloy is provided below the pressure introduction tube 4, and a seal is provided at the inner end of the pressure introduction tube. A packing 16 is provided.
[0028]
The operation will be described below based on the above configuration.
[0029]
The shape memory valve has a characteristic of performing a deformation mode with a large operation hysteresis that is deformed by a temperature rise and returns to its original shape at a room temperature or lower. As the ambient temperature rises, theshape memory valve 15 is deformed in the seal packing direction, whereby theshape memory valve 15 and the seal packing 16 are brought into close contact with each other and the pressure detection passage is closed.
[0030]
As described above, according to the present embodiment, when the ambient temperature rises due to a fire or the like, theshape memory valve 15 is deformed and is brought into close contact with the seal packing 16 before each component material is deteriorated at a high temperature. Thus, an advantageous effect of preventing gas leakage is obtained.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can realize a highly reliable gas pressure detection device that does not suffer from gas leakage even in the event of an abnormality such as a fire.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas pressure detection device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a temperature fuse circuit of the device. FIG. 3 is a pressure introduction of the gas pressure detection device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a shape memory valve of a gas pressure detecting device inEmbodiment 3 of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional pressure detecting device.
1, 21Pressure sensor element 2Buffer base 3, 23 Pressure introduction tube 4Lead frame 5Adhesive 6Circuit board 7Wire 8 Potting agent (gel)
9Lower case 10Upper case 11Thermal fuse circuit 12 Mountingportion 13Solder ring 14Reticulated partition 15 Shape memory valve

Claims (1)

Translated fromJapanese

受圧膜の歪みを電気信号として出力する圧力センサ素子と、前記圧力センサ素子に接合された緩衝台座と、前記緩衝台座と接着剤を介して保持し、気密に囲まれた圧力検知通路を構成し、前記圧力検知通路の閉止を目的とした温度ヒューズ回路を内蔵する圧力導入管と、前記圧力センサ素子からの電気信号を増幅し出力する回路基板と、前記圧力センサ素子からの電気信号を前記回路基板に伝送するリードフレームと、前記圧力導入管と前記リードフレームとを樹脂で一体成形し前記回路基板を収納する下ケースと、前記下ケースを収容する上ケースとを備え、前記圧力導入管通路内部に半田リングと網状の隔壁を備えたガス圧力検知装置。A pressure sensor element that outputs the strain of the pressure receiving film as an electrical signal, a buffer base joined to the pressure sensor element, and a pressure detection passage that is held airtight and held by the buffer base and an adhesive. A pressure introducing tube incorporating a temperature fuse circuit for closing the pressure detection passage, a circuit board for amplifying and outputting an electric signal from the pressure sensor element, and an electric signal from the pressure sensor element in the circuit A lead frame that transmits to the board; a lower case that integrally molds the pressure introduction pipe and the lead frame with a resin to house the circuit board; and an upper case that houses the lower case, thepressure introduction pipe passage Gas pressure detectorwith solder ring and mesh-like partition inside .

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