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JPH0556815B2 - - Google Patents
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JPH0556815B2 - - Google Patents

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JPH0556815B2
JPH0556815B2 JP60255767A JP25576785A JPH0556815B2 JP H0556815 B2 JPH0556815 B2 JP H0556815B2 JP 60255767 A JP60255767 A JP 60255767A JP 25576785 A JP25576785 A JP 25576785A JP H0556815 B2 JPH0556815 B2 JP H0556815B2
Authority
JP
Japan
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pressure
semiconductor
semiconductors
differential pressure
difference
Prior art date
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Application number
JP60255767A
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Japanese (ja)
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JPS62115334A (en
Inventor
Takashi Kawai
Hideaki Yamagishi
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 イ 「発明の目的」 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体を利用した差圧計に関するも
のである。
[Detailed Description of the Invention] A. Object of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a differential pressure gauge using a semiconductor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

プロセス制御に用いられる差圧計には各種のも
のがあるが、例えば、ダイアフラムやベローズを
受圧要素とし、可動部にて圧力差を変位に変換
し、更にこれを電気信号へ変換することで差圧を
得るように動作するものが一般的である。このよ
うな機器においては、過大な圧力入力があつた場
合、可動部等が変位限界を越して破壊されないよ
うにするため保護機構が設けられている。
There are various types of differential pressure gauges used for process control. For example, a diaphragm or bellows is used as a pressure receiving element, and a movable part converts the pressure difference into displacement, which is then converted into an electrical signal. Generally, it works to obtain . In such devices, a protection mechanism is provided to prevent movable parts and the like from exceeding displacement limits and being destroyed when excessive pressure is input.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

以上のように従来の差圧計は、差圧によつて変
位する可動部と、この可動部を過大な圧力から守
る保護機構とを設けているため、物理的に大きな
形状になるとともに構成が複雑になつている。
As mentioned above, conventional differential pressure gauges have a movable part that is displaced by differential pressure and a protection mechanism that protects this movable part from excessive pressure, resulting in a physically large size and a complex configuration. It's getting old.

本発明の目的は、可動部等をなくし小形でかつ
簡単な構成の差圧計を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a differential pressure gauge that is compact and has a simple configuration without moving parts.

ロ 「発明の構成」 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、上記問題点を解決するために、隔壁
で分離された2つの凹み部を有し、この2つの凹
み部へそれぞれ圧力伝達媒体を封入する受圧ダイ
アフラムを備えた容器と、 それぞれの圧力伝達媒体の中に設けられた半導
体と、この半導体の間に流れる電気量を測定する
手段と、を備えるようにしたものである。
B "Structure of the Invention" [Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention has two recesses separated by a partition, and pressure is applied to each of the two recesses. The apparatus includes a container equipped with a pressure-receiving diaphragm that encloses a transmission medium, a semiconductor provided in each pressure transmission medium, and means for measuring the amount of electricity flowing between the semiconductors.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を用いて本発明の詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示す図である。
同図において、1は容器であり、隔壁1aにより
分離された2つの凹み部を有している。この2つ
の凹み部には、受圧ダイアフラム2,3により圧
力伝達媒体4,5が封入されている。そして、こ
の受圧ダイアフラム2,3には、差圧測定対象の
圧力PA、PBが加えられる。6,7はそれぞれ圧
力伝達媒体4,5の中に設けられた半導体であ
る。8は2つの半導体6,7の間に流れる電流を
測定する電流計である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
In the figure, 1 is a container, which has two recesses separated by a partition wall 1a. Pressure transmission media 4 and 5 are sealed in these two recesses by pressure receiving diaphragms 2 and 3. Pressures P A and P B to be measured for differential pressure are applied to the pressure receiving diaphragms 2 and 3. 6 and 7 are semiconductors provided in the pressure transmission media 4 and 5, respectively. 8 is an ammeter that measures the current flowing between the two semiconductors 6 and 7.

以上のように構成された第1図機器は、次のよ
うに動作する。
The device shown in FIG. 1 configured as described above operates as follows.

半導体の電子密度は、後で詳述するが圧力によ
り変化する。半導体6,7は、同一温度、同一圧
力の環境下では、同一の電子密度(正孔密度)で
あるように構成されている。そして、この2つの
半導体6,7を図のように電流計を介して接続し
た場合、同一温度、同一圧力の環境下では、電流
は流れない。
As will be explained in detail later, the electron density of a semiconductor changes depending on the pressure. The semiconductors 6 and 7 are configured to have the same electron density (hole density) under the same temperature and pressure environment. If these two semiconductors 6 and 7 are connected via an ammeter as shown in the figure, no current will flow under the same temperature and pressure environment.

しかし、受圧ダイアフラム2,3に加えられた
圧力PA、PBに差があると、その差圧に応じて2
つの半導体6,7の電子密度(正孔密度)に差異
が生じる。従つて、2つの半導体のフエルミレベ
ルを揃えるため電流計8を介いて電荷が移動する
ので、電流計のフレから圧力差を測定することが
できる。なお、隔壁1a側を介して半導体6,7
間には電流が流れないようになつている。
However, if there is a difference in the pressures P A and P B applied to the pressure receiving diaphragms 2 and 3, 2
A difference occurs in the electron density (hole density) of the two semiconductors 6 and 7. Therefore, since charge moves through the ammeter 8 in order to equalize the fermi levels of the two semiconductors, the pressure difference can be measured from the deflection of the ammeter. Note that the semiconductors 6 and 7 are connected via the partition wall 1a side.
No current flows between them.

第2図は第1図の半導体差圧計における電流計
8を積分器等に置換えた例で示した図である。同
図において、第1図と同様な構成素子には、同一
の素子番号を付してある。第1図と異なる点は、
電流計8の代りに半導体6,7の間に抵抗Rを接
続し、この抵抗Rの両端に発生した電圧をバツフ
ア10で増幅し、このバツフア10の出力を積分
器11で積分するようにしたものである。
FIG. 2 is a diagram showing an example in which the ammeter 8 in the semiconductor differential pressure gauge of FIG. 1 is replaced with an integrator or the like. In this figure, the same elements as in FIG. 1 are given the same element numbers. The difference from Figure 1 is that
A resistor R is connected between the semiconductors 6 and 7 in place of the ammeter 8, the voltage generated across this resistor R is amplified by a buffer 10, and the output of this buffer 10 is integrated by an integrator 11. It is something.

第1図では電流計8が動作するのは、PA≠PB
の圧力が印加された短時間のうちであり、しかも
微分の差圧力に応じたフレであるが、第2図で
は、積分器11の出力である安定した値で読取れ
るので、差圧の測定が容易である。ただし、この
場合、半導体6,7からの出力電流が僅かなレベ
ルであるため、積分器11として高精度のものが
要求される。
In Figure 1, the ammeter 8 operates when P A ≠ P B
This is during a short period of time when a pressure of is easy. However, in this case, since the output currents from the semiconductors 6 and 7 are at a small level, the integrator 11 is required to be highly accurate.

以上のように本発明の半導体差圧計は動作する
が、次に圧力により半導体のキヤリア数(電子濃
度又は正孔濃度)が変化することを説明する。
The semiconductor differential pressure gauge of the present invention operates as described above. Next, it will be explained that the carrier number (electron concentration or hole concentration) of the semiconductor changes depending on the pressure.

不純物が添加されていない真性半導体において
は、電子濃度nと正孔濃度pは相等しく、その値
は、(1)式で与えられる。
In an intrinsic semiconductor to which no impurities are added, the electron concentration n and the hole concentration p are equal, and their values are given by equation (1).

n=p=√C Vexp(−Eg/2kT) (1) ここで NC、NV:伝導帯及び価電子帯の有効状態密度 Eg:エネルギーギヤツプ k:ボルツマン定数 T:絶対温度 半導体に圧力Pが加わると、エネルギーギヤツプ
Egが変化するので、その変化率をSとすると S=∂Eg/∂P (2) 従つて、キヤリア濃度nは圧力により変化して ∂n/∂p=−√NCNV/2kT・exp(−Eg/2kT)・S=
K・S (3) ただし、 K=−√NCNV/2kT・exp(−Eg/2kT (4) である。
n=p=√ C V exp (-E g /2kT) (1) where N C , N V : Effective density of states in conduction band and valence band E g : Energy gap k : Boltzmann constant T : Absolute When pressure P is applied to a temperature semiconductor, an energy gap occurs.
Since E g changes, let its rate of change be S = ∂E g / ∂P (2) Therefore, the carrier concentration n changes with pressure and becomes ∂n / ∂p = -√N C N V / 2kT・exp(−E g /2kT)・S=
K・S (3) However, K=−√N C N V /2kT・exp(−E g /2kT (4).

圧力によりキヤリア数の変化が大きく起こるた
めには、Sが大きく、かつKが大きくなければな
らない。Kが大きいためには、エネルギーギヤツ
プEgが小さいことが条件で、このような半導体
は、narrow gap半導体と呼ばれる。この例とし
て、水銀カドミウムテルルcdxHg1-xTeがある。
ここで、カドミウムと水銀の比率は、cd:Eg
x:(1−x)である。
In order for the number of carriers to change significantly due to pressure, S must be large and K must be large. In order for K to be large, the energy gap E g must be small, and such a semiconductor is called a narrow gap semiconductor. An example of this is mercury cadmium tellurium cd x H g1-x T e .
Here, the ratio of cadmium and mercury is cd:E g =
x: (1-x).

第3図と第4図は、cdxEg1-xTeに関して、圧力
がPの時の比抵抗をρ(p)とし、圧力が0の時
の比抵抗をρ(o)とし、この比を縦軸に取り、
横軸は圧力とした時のデータである。このデータ
はs.narita etal apply.phys.2 pp151−156(1973)
から抜粋したものである。第3図はx<0.09の場
合であり、第4図はx>0.09の場合であり、どち
らもキヤリア濃度の変化を比抵抗の変化としてと
らえている。
Figures 3 and 4 show that regarding cd x E g1-x T e , the specific resistance when the pressure is P is ρ(p), the specific resistance when the pressure is 0 is ρ(o), and this Taking the ratio on the vertical axis,
The horizontal axis is data when pressure is used. This data is from s.narita etal apply.phys.2 pp151−156 (1973)
This is an excerpt from. Fig. 3 shows the case when x<0.09, and Fig. 4 shows the case when x>0.09, both of which treat changes in carrier concentration as changes in resistivity.

ハ 「本発明の効果」 以上述べたように、本発明によれば、第1図、
第2図のように変位する部分がないので、過大圧
力に対する保護機構を設ける必要がなく、構造も
非常に簡単である。従つて、従来手段が持つてい
た問題点を解決することができる。また、圧力差
を変位に変換することなく、直接電気量に変換す
ることができるので、直線性等においても有利で
ある。
C. “Effects of the present invention” As described above, according to the present invention, FIG.
Since there are no displaceable parts as shown in FIG. 2, there is no need to provide a protection mechanism against excessive pressure, and the structure is very simple. Therefore, the problems of conventional means can be solved. Furthermore, since the pressure difference can be directly converted into an amount of electricity without converting it into displacement, it is advantageous in terms of linearity and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図と第2図は本発明に係る半導体差圧計の
構成例を示した図、第3図と第4図はcdxHg1-x
Teに関して圧力−比抵抗変化を示した図である。 1……容器、1a……隔壁、2,3……受圧ダ
イアフラム、4,5……圧力伝達媒体、6,7…
…半導体、8……電流計、R……抵抗、10……
バツフア、11……積分器。
Figures 1 and 2 are diagrams showing an example of the configuration of a semiconductor differential pressure gauge according to the present invention, and Figures 3 and 4 are CD x H g1-x
FIG. 3 is a diagram showing pressure-specific resistance changes with respect to T e . DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Container, 1a... Partition wall, 2, 3... Pressure receiving diaphragm, 4, 5... Pressure transmission medium, 6, 7...
...Semiconductor, 8...Ammeter, R...Resistance, 10...
Batsuhua, 11...Integrator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 隔壁で分離された2つの凹み部を有し、この
2つの凹み部へそれぞれ封入された圧力伝達媒体
にダイアフラムを介して被測定の差圧が加えられ
るようにした容器と、 それぞれの圧力伝達媒体の中に配置された半導
体と、 この半導体の間に流れる電気量を測定する手段
と、を具備し、 前記各圧力伝達媒体中に配置された半導体がこ
れらの半導体に加わる圧力差に応じてキヤリア濃
度に差が出ることを利用して前記差圧を測定する
ように構成したことを特徴とする半導体差圧計。
[Scope of Claims] 1. A container having two recesses separated by a partition wall, in which a differential pressure to be measured is applied via a diaphragm to a pressure transmission medium sealed in each of the two recesses. and a semiconductor disposed in each of the pressure transmission media, and a means for measuring the amount of electricity flowing between the semiconductors, the semiconductor disposed in each of the pressure transmission media being connected to these semiconductors. A semiconductor differential pressure gauge, characterized in that the semiconductor differential pressure gauge is configured to measure the differential pressure by utilizing a difference in carrier concentration depending on the applied pressure difference.
JP25576785A 1985-11-14 1985-11-14 Semiconductor differential pressure gauge Granted JPS62115334A (en)

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