デュアル圧力センサ及び流量制御弁
【課題】デュアル圧力センサを成す圧力検出素子の温度を実測しなくても、温度補正された流体圧力を検出できるようにする。
【解決手段】相互に接触した状態で一体化された２つの圧力検出素子１６Ａ及び１６Ｂの温度・圧力特性をそれぞれ表わす２つの関数ｆ１及びｆ２の温度変数Ｔ及び圧力変数Ｐを互いに共通とし、各圧力検出素子１６Ａ及び１６Ｂによる検出値Ｓ１及びＳ２がそれぞれ関数ｆ１及びｆ２の解であるとして、各関数ｆ１及びｆ２を連立して解くことで、流体の圧力を求める。
【解決手段】相互に接触した状態で一体化された２つの圧力検出素子１６Ａ及び１６Ｂの温度・圧力特性をそれぞれ表わす２つの関数ｆ１及びｆ２の温度変数Ｔ及び圧力変数Ｐを互いに共通とし、各圧力検出素子１６Ａ及び１６Ｂによる検出値Ｓ１及びＳ２がそれぞれ関数ｆ１及びｆ２の解であるとして、各関数ｆ１及びｆ２を連立して解くことで、流体の圧力を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、気体や液体等の流体の圧力をセンシングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの被測定圧力を検出する圧力センサ（デュアル圧力センサ）として例えば下記特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１に記載のデュアル圧力センサは、２つの感圧ダイヤフラムチップを有し、２つの導圧管から導入された２つの被測定圧力がそれぞれの感圧ダイヤフラムに加えられる。このときの感圧ダイヤフラムの変位を例えば拡散型歪みゲージによって電気信号に変換することにより、被測定圧力に応じた検出信号を得ることができる。
【０００３】
このようなデュアル圧力センサは、２つの被測定圧力を検出できるから、両者の差分、つまりは差圧を求める差圧センサとしても利用できる。求められる差圧の一例としては、流量制御弁の上流側および下流側の流体の圧力差（つまりは差圧）が挙げられる。なお、流量制御弁の一例としては、下記特許文献２に記載のものが知られている。
【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】
ここで、流量制御弁の上流側及び下流側の流体圧力の差分（差圧）は、当該流量制御弁内を流れる流体の流量を求めるのに用いることができる。しかしながら、感圧ダイヤフラムを用いた圧力センサの出力特性には、個体毎にバラツキがあるのが通常であり、また、外部から受ける熱（つまりは温度変化）の影響も受け易い。
【０００６】
すなわち、感圧ダイヤフラムを用いた圧力センサは、印加圧力に応じてダイヤフラムに物理的な変位が生じることを利用して流体の圧力を検出する構成であるため、使用温度によって出力にオフセットが生じたり出力ゲインが変化したりする温度特性を有する。そのため、流体の流量を精度良く求めるには、個々の圧力センサの温度に応じた適切な補正（補償）を圧力センサの出力に施すことが求められる。
【０００７】
このような温度補正（補償）を行なうために、圧力センサには、例えば特許文献１に記載されるように、感圧ダイヤフラムの温度を検出（測定）する温度センサ（例えば抵抗素子等）が設けられることがある。しかしながら、２つの圧力センサ（感圧ダイヤフラム）を用いたデュアル圧力センサにおいて、そのような温度補正を行なうとすると、２つの圧力センサのそれぞれにつき温度センサを設けることになり、デュアル圧力センサの部品点数が多くなり、そのコストも高くなる。
【０００８】
そこで、本発明の目的の一つは、デュアル圧力センサを成す圧力検出素子の温度を実測しなくても、温度補正された流体圧力を検出できるようにすることにある。
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のデュアル圧力センサの一態様は、第１の温度・圧力特性を有し、流体の圧力を検出する第１の圧力検出素子と、第２の温度・圧力特性を有し、前記流体の圧力を検出する第２の圧力検出素子と、前記第１及び第２の温度・圧力特性をそれぞれ表わす第１及び第２の関数の温度変数及び圧力変数を互いに共通とし、前記第１及び第２の圧力検出素子による検出値がそれぞれ前記第１及び第２の関数の解であると仮定して、前記各関数を連立して解くことで、前記流体の圧力を求める演算部と、前記演算部で求められた前記圧力を出力する出力部と、を備え、前記第１の圧力検出素子と前記第２の圧力検出素子とが相互に接触した状態で一体化されている。
【００１０】
ここで、前記演算部は、前記各関数を連立して解くことで前記第１及び第２の圧力検出素子の温度を更に求め、前記出力部は、前記求めた温度を前記演算部で求められた前記圧力とともに出力する、こととしてもよい。
【００１１】
また、本発明の流体制御弁の一態様は、内部に流路を有する弁本体と、前記弁本体内で動作することで前記流路を通過する流体の流量を制御する弁体とを有する流量制御弁において、前記弁本体内の前記弁体よりも上流側の流路を流れる流体を弁本体外周面へ導く上流側流体圧力導出路と、前記弁本体内の前記弁体よりも下流側の流路を流れる流体を弁本体外周面へ導く下流側流体圧力導出路と、上述した構成を具備する第１及び第２のデュアル圧力センサと、を備え、前記第１のデュアル圧力センサは、前記上流側流体圧力導出路を介して前記第１のデュアル圧力センサの第１及び第２の圧力検出素子のそれぞれに流体圧力を伝達可能に前記弁本体外周面に設けられ、前記第２のデュアル圧力センサは、前記下流側圧力導出路を介して前記第２のデュアル圧力センサの第１及び第２の圧力検出素子のそれぞれに流体圧力を伝達可能に前記弁本体外周面に設けられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のデュアル圧力センサの一態様によれば、デュアル圧力センサを成す各圧力検出素子の温度をそれぞれ実測しなくても、温度補正された流体圧力を求めることができる。したがって、デュアル圧力センサを成す圧力検出素子毎に温度センサを設けずに済み、デュアル圧力センサ、ひいては流体制御弁の部品点数、コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係るデュアル圧力センサの一例を示す模式的な正面図である。
【図２】図１に例示するデュアル圧力センサの模式的な平面図である。
【図３】図１に例示するデュアル圧力センサの模式的な側面図である。
【図４】図２のII−II線断面図である。
【図５】図４のIII−III線平面図である。
【図６】図１〜図５に例示するデュアル圧力センサを適用可能な流量制御弁の一例を示す断面図である。
【図７】図４に例示する出力補正回路の一例を示すブロック図である。
【図８】図１〜図５に例示するデュアル圧力センサを成す２つの感圧ダイヤフラムチップそれぞれの出力特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。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がある。
【００１５】
（一実施形態）
図１、図２及び図３は、それぞれ、一実施形態に係るデュアル圧力センサの模式的な正面図、平面図及び側面図であり、図４は図２のII−II線断面図、図５は図４のIII−III線平面図である。図４において、デュアル圧力センサ１は、例示的に、気密容器２と、気密容器２の内部に収納された２つの圧力センサユニット３Ａ、３Ｂと、基板４と、を備えている。
【００１６】
気密容器２は、図４に例示するように、開口部を有する有底箱型のケース７と、ケース７の開口部を気密に覆う蓋体８とを有する。蓋体８は、例示的に、凹陥部１２を有する平板状に形成され、ケース７の開口部に図示を省略したシール部材を介して固定（例えばネジ止め）される。これにより、ケース７の開口部を気密に密封して、内部に一定圧力の圧力基準室９を形成することができる。なお、ケース７及び蓋体８は、それぞれ例えば合成樹脂によって成形することができる。また、蓋体８の凹陥部１２とは反対側の面には、外部信号線１３の一端を接続可能なコネクタ部１４を設けることができる。
【００１７】
ケース７は、図５に示すように、例示的に、底板７ａと、底板７ａの各辺に沿って立設された４つの側板７ｂ〜７ｅとを備えた矩形箱型に形成され、内部（圧力基準室９）に２つの圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂを互いの側面が相互に接するように並設することができる。
【００１８】
ケース７の内面の４つの各隅角部と、対向する長辺側の側板７ｄ及び７ｅの内面の長手方向中央部分とには、圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂを位置決めする三角柱状の位置決め用突出部１０をそれぞれ設けてもよい。また、底板７ａには、２つの挿通孔１１ａ及び１１ｂを圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂに対応して形成することができる。
【００１９】
圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂは、互いに同じ構成とすることができ、例示的に、圧力センサユニット３Ａ（３Ｂ）は、台座１５Ａ（１５Ｂ）と、感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ（１６Ｂ）と、各感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ及び１６Ｂに共通の出力補正回路１７と、を備える。
【００２０】
台座１５Ａ（１５Ｂ）は、例示的に、台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）と、コネクタ部１４から離れる方向に台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）から突設した圧力導入部１５Ａ−２（１５Ｂ−２）とを有する。台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）と圧力導入部１５Ａ−２（１５Ｂ−２）とは、例えば合成樹脂等によって一体的に形成することができる。
【００２１】
台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）は、図４に例示するように、内部に連通路２１ａ（２１ｂ）を有しており、当該連通路２１ａ（２１ｂ）から感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ（１６Ｂ）に被測定圧力Ｐ１（Ｐ２）を導く小孔２２ａ（２２ｂ）が形成されている。台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）における連通路２１ａ（２１ｂ）の容積を大きく形成することにより、被測定圧力Ｐ１（Ｐ２）の急激な変動を吸収、緩和し、感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ（１６Ｂ）のダイヤフラムが破損することを抑制できる。
【００２２】
圧力導入部１５Ａ−２（１５Ｂ−２）は、例えば内面が円筒形状の圧力導入孔２３ａ（２３ｂ）を有しており、圧力導入孔２３ａ（２３ｂ）は、台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）の連通路２１ａ（２１ｂ）に連通している。これにより、連通路２１ａ（２１ｂ）及び小孔２２ａ（２２ｂ）を介して感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ（１６Ｂ）に被測定圧力Ｐ１（Ｐ２）を導くことができる。
【００２３】
感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ及び１６Ｂは、いずれも温度に応じて出力値である流体の検出圧力が変動する（例えば、温度が高くなるほどセンサ出力値が大きくなる傾向にある）出力特性を有する圧力検出素子（圧力センサ）の一例であり、例示的に、感圧部（ダイヤフラム）が形成された半導体基板（シリコン）と、拡散型歪みゲージとを備える。
【００２４】
拡散型歪みゲージは、前記ダイヤ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。拡散型歪みゲージの出力信号は、基板４の電気回路に例えばボンディングワイヤ２５ａ（２５ｂ）を介して電気的に接続される。
【００２５】
圧力センサの一例である感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ（１６Ｂ）は、台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）の例えばコネクタ部１４側の面に設けられ、小孔２２ａ（２２ｂ）から被測定圧力Ｐ１（Ｐ２）がダイヤフラムの一方の面に印加される。なお、ダイヤフラムの他方の面には、気密容器２内の圧力が基準圧力として印加される。
【００２６】
出力補正回路１７は、例えば基板４の前記電気回路の一部を成し、感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ及び１６Ｂによって検出された各被測定圧力を基に、温度補正された被測定圧力を求める。ただし、本例のデュアル圧力センサ１は、温度補正のために圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの個々の温度を検出する温度センサは備えておらず、代わりに、所定の演算により温度を検出できるようになっている。その詳細については後述する。
【００２７】
以上のような圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂは、ケース７内において、例えば図５に示すように、台座本体１５Ａ−１及び１５Ｂ−１がケース内面と位置決め用突出部１０とによって位置決めされ、互いに対向する側面２０ａどうしが接触し、残り３つの側面２０ｂ〜２０ｄがケース７の内面にそれぞれ接触し、台座本体１５Ａ−１及び１５Ｂ−１の底面が底板７ａの内面に接触する。このように、２つの台座本体１５Ａ−１及び１５Ｂ−１の側面２０ａどうしを互いに接触させておくことで、２つの台座１５Ａ及び１５Ｂの温度、ひいては圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの温度を等しくすることができる。
【００２８】
各台座１５Ａ及び１５Ｂの圧力導入部１５Ａ−２及び１５Ｂ−２は、底板７ａの対応する挿通孔１１ａ及び１１ｂを介してケース７から突出し、対応する導圧管２４Ａ及び２４Ｂにそれぞれ接続することができる。
【００２９】
基板４は、圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂとともにケース７内に収容され、例えば複数個の止めねじによって位置決め用突出部１０に固定され、リード線２８が蓋体８のコネクタ部１４に接続される。
【００３０】
以上のようなデュアル圧力センサ１は、例えば弁本体内を流れる流体の流量を制御する流量制御弁と組み合わせて、弁本体内を流れる流体の流量を測定することができる。なお、流体は、気体（ガス）でもよいし、液体でもよい。流量制御弁の流路内を流れる流体の流量Ｑは、弁体の一次側（上流側）流路と二次側（下流側）流路中の流体の差圧と、弁体の開度で決まる流量係数（Ｃｖ）とから次式（１）によって算出することができる。
【００３１】
Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・√ΔＰ ・・・・（１）
ただし、Ａは定数、ΔＰは流体の上流側と下流側の圧力差である。
【００３２】
当該式（１）による流量計測は、固定オリフィスを用いた差圧式流量計測に比べて、弁体の開度に応じて絞り効果が変わるために幅広い流量の測定が可能である。また、流量制御弁部の配管圧力が判るため、流量を測定する他に圧力異常などの診断にその情報を利用することもできる。
【００３３】
（デュアル圧力センサの適用例）
図６は、上述したデュアル圧力センサ１を適用可能な流量制御弁１００の一例を示す断面図である。流量制御弁１００は、例示的に、上流側及び下流側に配置された一対のシートリングによって弁体（ボールプラグ）を回動自在に支持するフローティングタイプの二方ボールバルブからなる流量制御弁である。フローティングタイプの弁は、全閉時に弁体が上流側流体圧によって下流側シートリングに押し付けられることにより、弁体と下流側シートリングとの接触によってシールを図ることができる。
【００３４】
流量制御弁１００は、例示的に、内部が流体１０２の流路１０３を形成する弁本体１０１と、弁本体１０１の内部において流路１０３を開閉する弁体１０４と、を有する。弁体１０４は、例えば弁軸１０７を有するボール形状の弁体であり、弁本体１０１内部で水平面内において弁軸１０７を中心に回動可能に配設されている。
【００３５】
弁体１０４は、例えば中空体であり、内部を流体１０２が通過できるよう流入側開口部と流出側開口部とを有している。弁軸１０７は、図示を省略したアクチュエータ等によって駆動されることにより、弁体１０４を矢印θ方向に所定の角度範囲（例えば９０°等）内で回動可能である。
【００３６】
弁本体１０１の内部において、弁体１０４の上流側には、弁体１０４の外周面に接するよう上流側シートリング６３が配設され、弁体１０４の下流側には、弁体の外周面に接するよう下流側シートリング６５が配設されている。シートリング６３及び６５のそれぞれは、流路１０３の一部を成す中空構造を有しており、弁体１０４の前記開口部とそれぞれ連通する状態において流体１０２が弁体１０４の上流側から弁体１０４内部の流路を通過して弁体１０４の下流側へ流れる。弁体１０４の回動動作（回動角度）が制御されることによって、弁体１０４の上流側から下流側へ流路１０３を通過する流体の流量を制御することができる。
【００３７】
上流側シートリング６３は上流側リテーナ６４によって、下流側シートリング６５は下流側リテーナ６６によって、それぞれ弁本体１０１内において保持されている。上流側リテーナ６４には、内周面と外周面とを貫通する貫通孔５０が周方向に複数（例えば４つ）設けられており、当該貫通孔５０に、弁体１０４へ向かう流体１０２の一部が流入する。
【００３８】
下流側リテーナ６６にも、内周面と外周面とを貫通する貫通孔５１が周方向に複数（例えば４つ）設けられており、当該貫通孔５１に、弁体１０４から流出した流体１０２の一部が流入する。
【００３９】
上流側リテーナ６４の貫通孔５０は、例えば上流側シートリング６３近傍で弁本体１０１の肉厚内に内外を半径方向に貫通するように形成された２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂとそれぞれ連通している。したがって、上流側リテーナ６４の貫通孔５０に流入した流体１０２は、弁体１０４よりも上流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂにそれぞれ伝達される。別言すれば、貫通孔５０と弁体１０４よりも上流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂの組とは、弁体１０４よりも上流側の流路を流れる流体１０２を弁本体外周面へ導く上流側流体圧力導出路の一例を成す。
【００４０】
一方、下流側リテーナ６６の貫通孔５１は、例えば下流側シートリング６５近傍で弁本体１０１の肉厚内に内外を半径方向に貫通するように形成された２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂとそれぞれ連通している。したがって、下流側リテーナ６６の貫通孔５１に流入した流体１０２は、弁体１０４よりも下流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂにそれぞれ伝達される。別言すれば、貫通孔５１と弁体１０４よりも下流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂの組とは、弁体１０４よりも下流側の流路を流れる流体１０２を弁本体外周面へ導く下流側流体圧力導出路の一例を成す。
【００４１】
上流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂに対応して第１のデュアル圧力センサ１−１を、下流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂに対応して第２のデュアル圧力センサ１−２を、それぞれ弁本体１０１に設けることができる。デュアル圧力センサ１−１及び１−２は、いずれも図１〜図５に例示した構成を有し、両者を区別しない場合には単に「デュアル圧力センサ１」と表記する。
【００４２】
この場合、図４及び図６から明らかなように、弁本体１０１において、弁体１０４よりも上流側に設けられた２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂは、第１のデュアル圧力センサ１−１における圧力導入部１５Ａ−２及び１５Ｂ−２にそれぞれ接続される導圧管として機能する。同様に、弁体１０４よりも下流側に設けられた２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂは、第２のデュアル圧力センサ１−２における圧力導入部１５Ａ−２及び１５Ｂ−２にそれぞれ接続される導圧管として機能する。
【００４３】
これにより、上流側流体圧力導出路の一例を成す貫通孔５０と２つの貫通孔（導圧管）２４Ａ及び２４Ｂとを通じて導かれた流体１０２の圧力Ｐ１が第１のデュアル圧力センサ１−１の圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂのそれぞれに印加される。また、下流側流体圧力導出路の一例を成す貫通孔５１と２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂとを通じて導かれた流体１０２の圧力Ｐ２が第２のデュアル圧力センサ１−２の圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂのそれぞれに印加される。
【００４４】
圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの各ダイヤフラムは、ダイヤフラムの片面側に印加された圧力Ｐ１又はＰ２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ことで、圧力Ｐ１又はＰ２が検出される。なお、ダイヤフラムの反対面側には気密容器２内の圧力が基準圧力として印加されているので、各圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力電圧は、それぞれ被測定圧力に相当する出力電圧となる。
【００４５】
デュアル圧力センサ１−１及び１−２をそれぞれ成す圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力電圧は、それぞれ例えば図４に示す基板４に設けられた出力補正回路１７に送られる。各デュアル圧力センサ１−１及び１−２の出力補正回路１７は、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力電圧を基に、温度補正された出力電圧を求める。当該出力電圧は、例えば外部信号線１３を介してデュアル圧力センサ１−１及び１−２に接続されている流量算出部６１（図６参照）に与えられる。
【００４６】
流量算出部６１では、デュアル圧力センサ１−１及び１−２のそれぞれから受信した温度補正済みの被測定圧力Ｐ１及びＰ２を減算して、両者の差圧ΔＰ（Ｐ１−Ｐ２）を求め、当該差圧ΔＰを前記の式（１）に代入して演算処理することにより、流量制御弁１００を流れる流体の流量Ｑを測定する。なお、弁体１０４の開度は、例えば図６に示す弁開度検出部６０にて検出することができる。したがって、流量算出部６１は、当該検出された開度によって式（１）で用いる流量係数Ｃｖを決定することができる。
【００４７】
（温度補正処理）
次に、上述した出力補正回路１７による温度補正処理の具体例について、図７及び図８を用いて詳述する。
【００４８】
図７は、出力補正回路１７の一例を示すブロック図である。図７に示す出力補正回路１７は、例示的に、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂに対応するアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１７１及び１７２と、記憶部１７３と、演算部１７４と、演算結果出力部１７５と、を備える。
【００４９】
ＡＤＣ１７１は、一方の圧力センサ１６Ａの出力電圧をデジタル信号（Ｓ１）に変換し、ＡＤＣ１７２は、他方の圧力センサ１６Ｂの出力電圧をデジタル信号（Ｓ２）に変換する。
【００５０】
記憶部１７３は、一方の圧力センサ１６Ａの出力特性に関する情報と、他方の圧力センサ１６Ｂの出力特性に関する情報とを記憶する。ここで、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力特性は、いずれも被測定圧力及び温度に依存して変動する（例えば、温度が高いほど検出圧力が高くなる傾向にある）から、圧力及び温度を変数とする関数により表わすことができる。
【００５１】
したがって、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力特性（温度・圧力特性）は、両圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂが同じ流体１０２の同じ部分の圧力を測定し、かつ、両圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの温度が同一（同一とみなせる場合も含む）であれば、共通の圧力変数Ｐ及び温度変数Ｔを用いて関数ｆ１（Ｐ，Ｔ）及び関数ｆ２（Ｐ，Ｔ）とそれぞれ表わすことができる。
【００５２】
この点、本例において、１つのデュアル圧力センサ１−１（又は１−２）を成す両圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂは、図６に例示したように、それぞれ同じ上流側（下流側）の流体１０２の圧力を被測定圧力とし、かつ、図５に例示したように、互いに接触した状態で一体化されているから同一温度と扱うことができる。よって、記憶部１７３に記憶される「温度・圧力特性に関する情報」は、関数ｆ１（Ｐ，Ｔ）及び関数ｆ２（Ｐ，Ｔ）をそれぞれ定める定数と位置付けることができる。
【００５３】
関数ｆ１（Ｐ，Ｔ）及び関数ｆ２（Ｐ，Ｔ）は、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力特性をそれぞれ正確に表わせている必要は無く、例えば一次式や二次式、あるいはそれ以上の高次式によって近似された関数（近似式）によって表わされても構わない。例えば、それぞれ流体１０２が取り得る温度範囲内の複数の温度で予め実測した個々の圧力データ（例えば図８参照）を基に計算（例えばフィッティング）することで関数ｆ１及びｆ２を求めることができる。なお、前記定数は、関数ｆ１及びｆ２の別に、記憶部１７３の記憶領域（アドレス）を分けて記憶してもよいし、それぞれに対応する記憶部１７３に記憶してもよい。記憶部１７３には、例えばＥＥＰＲＯＭを用いることができる。
【００５４】
演算部１７４は、各ＡＤＣ１７１及び１７２の出力であるデジタル信号Ｓ１及びＳ２と、記憶部１７３に記憶された関数ｆ１及びｆ２をそれぞれ定める定数とに基づいて、関数ｆ１及び関数ｆ２を連立して解くことで、温度補正（補償）された被測定圧力Ｐを求める。例示すると、演算部１７４は、下記の式（２）及び式（３）を連立して解くことで、圧力Ｐ及び温度Ｔの双方を求めることができる。
Ｓ１＝ｆ１（Ｐ，Ｔ） …（２）
Ｓ２＝ｆ２（Ｐ，Ｔ） …（３）
【００５５】
すなわち、一方の圧力センサ１６Ａの出力値（検出値）Ｓ１が当該圧力センサ１６Ａの温度・圧力特性を表わす関数ｆ１の解であり、他方の圧力センサ１６Ｂの出力値（検出値）Ｓ２が当該圧力センサ１６Ｂの温度・圧力特性を表わす関数ｆ２の解であると仮定して、両関数ｆ１及びｆ２を連立して解くことで、温度センサを用いずに、温度補正された流体圧力Ｐの検出値を得ることができる。
【００５６】
なお、上流側のデュアル圧力センサ１−１の演算部１７４によって求められた温度補正済み圧力Ｐの検出値は上流側流体圧力Ｐ１の検出信号として位置付けられ、下流側のデュアル圧力センサ１−２の演算部１７４によって求められた温度補正済み圧力Ｐの検出値は下流側流体圧力Ｐ２の検出信号として位置付けられる。
【００５７】
演算結果出力部１７５は、演算部１７４によって求められた圧力Ｐ及び温度Ｔのうち、少なくとも圧力Ｐを検出結果として出力する。当該検出結果は、例えば、流量算出部６１に与えられる。したがって、流量算出部６１には、各デュアル圧力センサ１−１及び１−２の演算結果出力部１７５から温度補正済みの検出圧力Ｐ１及びＰ２が少なくとも受信される。流量算出部６１による圧力Ｐ１及びＰ２に基づく流量算出法については既述のとおりである。
【００５８】
なお、演算結果出力部１７５は、圧力Ｐとともに演算部１７４で求められた温度Ｔを外部（例えば流量算出部６１）に出力することもできる。温度Ｔを受信した流量算出部６１は、当該温度Ｔと前記の式（１）により求めた流量とに基づいて、流量制御弁１００の流路１０３を流れる流体１０２の熱量を算出することも可能になる。また、受信した温度Ｔは、例えば当該温度Ｔの情報を所定の外部表示器（図示省略）等に出力して、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの温度情報としてオペレータ等のユーザに提示することも可能である。また、当該温度情報を所定の温度制御に用いることも可能である。
【００５９】
以上のように、本実施形態のデュアル圧力センサ１によれば、当該デュアル圧力センサ１を成す圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの温度・圧力特性が相違することを利用して、温度センサを用いずに、温度補正された流体圧力の検出値を得ることが可能となる。したがって、デュアル圧力センサ１、ひいては流量制御弁１００の部品点数、コストを削減することができる。
【００６０】
ところで、流量制御弁１００を例えば空調システムの熱源と空調機との間の配管途中に設置した場合に、流量制御弁１００内の流路１０３には、時期によって低温流体〔冷水（５℃〜２０℃程度）〕が流れる場合と高温流体〔温水（４０℃〜６０℃程度）〕が流れる場合とがある。一方、デュアル圧力センサ１を成す圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂは、高精度に検出結果が得られる温度範囲が限られている。
【００６１】
そのため、例えば、上記のように時期によって低温流体及び高温流体のいずれか一方が選択的に流れる場合に、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂが低温流体及び高温流体の一方の温度範囲で高精度な検出結果が得られるように適正化されている状態で、他方の温度範囲の流体の圧力を検出すると、検出精度が大きく劣化する。これに対し、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂを、低温流体と高温流体との中間温度で高精度な検出結果が得られるように適正化しておくと、低温流体及び高温流体の一方の温度範囲に適正化する場合よりも最大誤差を小さくできるものの、いずれの温度範囲の流体についても許容できない誤差が生じ得る。
【００６２】
そこで、低温流体及び高温流体のいずれについても高精度な出力を得るには、低温流体の温度範囲に検出精度が適正化された低温用のデュアル圧力センサ１と、高温流体の温度範囲に検出精度が適正化された高温用のデュアル圧力センサ１とを流量制御弁１００の上流側及び下流側のそれぞれに取り付けることが考えられる（合計８つのデュアル圧力センサを取り付けることになる）。
【００６３】
このような場合であっても、本例のデュアル圧力センサ１であれば、各デュアル圧力センサ１を成す２つの圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂ毎に温度センサ（合計１６個）を設けなくてよいから、温度センサを用いる場合に比して流量制御弁１００のコストを低減することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１…デュアル圧力センサ、２…気密容器、３Ａ，３Ｂ…圧力センサユニット、４…基板、７…ケース、７ａ…底板、７ｂ〜７ｅ…側板、８…蓋体、９…圧力基準室、１０…位置決め用突出部、１１ａ…挿通孔、１２…凹陥部、１３…外部信号線、１４…コネクタ部、１５Ａ，１５Ｂ…台座、１５Ａ−１，１５Ｂ−１…台座本体、１５Ａ−２，１５Ｂ−２…圧力導入部、１６Ａ，１６Ｂ…感圧ダイヤフラムチップ（圧力検出素子；圧力センサ）、１７…出力補正回路、２０ａ〜２０ｄ…側面、２１ａ，２１ｂ…連通路、２２ａ，２２ｂ…小孔、２３ａ，２３ｂ…圧力導入孔、２４Ａ，２４Ｂ…貫通孔（導圧管）、２５ａ，２５ｂ…ボンディングワイヤ、２８…リード線、５０，５１…貫通孔、６０…弁開度検出部、６１…流量算出部、６３…上流側シートリング、６４…上流側リテーナ、６５…下流側シートリング、６６…下流側リテーナ、１００…流量制御弁、１０１…弁本体、１０２…流体、１０３…流路、１０４…弁体、１０７…弁軸、１７１，１７２…アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）、１７３…記憶部、１７４…演算部、１７５…演算結果出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、気体や液体等の流体の圧力をセンシングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの被測定圧力を検出する圧力センサ（デュアル圧力センサ）として例えば下記特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１に記載のデュアル圧力センサは、２つの感圧ダイヤフラムチップを有し、２つの導圧管から導入された２つの被測定圧力がそれぞれの感圧ダイヤフラムに加えられる。このときの感圧ダイヤフラムの変位を例えば拡散型歪みゲージによって電気信号に変換することにより、被測定圧力に応じた検出信号を得ることができる。
【０００３】
このようなデュアル圧力センサは、２つの被測定圧力を検出できるから、両者の差分、つまりは差圧を求める差圧センサとしても利用できる。求められる差圧の一例としては、流量制御弁の上流側および下流側の流体の圧力差（つまりは差圧）が挙げられる。なお、流量制御弁の一例としては、下記特許文献２に記載のものが知られている。
【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】
ここで、流量制御弁の上流側及び下流側の流体圧力の差分（差圧）は、当該流量制御弁内を流れる流体の流量を求めるのに用いることができる。しかしながら、感圧ダイヤフラムを用いた圧力センサの出力特性には、個体毎にバラツキがあるのが通常であり、また、外部から受ける熱（つまりは温度変化）の影響も受け易い。
【０００６】
すなわち、感圧ダイヤフラムを用いた圧力センサは、印加圧力に応じてダイヤフラムに物理的な変位が生じることを利用して流体の圧力を検出する構成であるため、使用温度によって出力にオフセットが生じたり出力ゲインが変化したりする温度特性を有する。そのため、流体の流量を精度良く求めるには、個々の圧力センサの温度に応じた適切な補正（補償）を圧力センサの出力に施すことが求められる。
【０００７】
このような温度補正（補償）を行なうために、圧力センサには、例えば特許文献１に記載されるように、感圧ダイヤフラムの温度を検出（測定）する温度センサ（例えば抵抗素子等）が設けられることがある。しかしながら、２つの圧力センサ（感圧ダイヤフラム）を用いたデュアル圧力センサにおいて、そのような温度補正を行なうとすると、２つの圧力センサのそれぞれにつき温度センサを設けることになり、デュアル圧力センサの部品点数が多くなり、そのコストも高くなる。
【０００８】
そこで、本発明の目的の一つは、デュアル圧力センサを成す圧力検出素子の温度を実測しなくても、温度補正された流体圧力を検出できるようにすることにある。
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のデュアル圧力センサの一態様は、第１の温度・圧力特性を有し、流体の圧力を検出する第１の圧力検出素子と、第２の温度・圧力特性を有し、前記流体の圧力を検出する第２の圧力検出素子と、前記第１及び第２の温度・圧力特性をそれぞれ表わす第１及び第２の関数の温度変数及び圧力変数を互いに共通とし、前記第１及び第２の圧力検出素子による検出値がそれぞれ前記第１及び第２の関数の解であると仮定して、前記各関数を連立して解くことで、前記流体の圧力を求める演算部と、前記演算部で求められた前記圧力を出力する出力部と、を備え、前記第１の圧力検出素子と前記第２の圧力検出素子とが相互に接触した状態で一体化されている。
【００１０】
ここで、前記演算部は、前記各関数を連立して解くことで前記第１及び第２の圧力検出素子の温度を更に求め、前記出力部は、前記求めた温度を前記演算部で求められた前記圧力とともに出力する、こととしてもよい。
【００１１】
また、本発明の流体制御弁の一態様は、内部に流路を有する弁本体と、前記弁本体内で動作することで前記流路を通過する流体の流量を制御する弁体とを有する流量制御弁において、前記弁本体内の前記弁体よりも上流側の流路を流れる流体を弁本体外周面へ導く上流側流体圧力導出路と、前記弁本体内の前記弁体よりも下流側の流路を流れる流体を弁本体外周面へ導く下流側流体圧力導出路と、上述した構成を具備する第１及び第２のデュアル圧力センサと、を備え、前記第１のデュアル圧力センサは、前記上流側流体圧力導出路を介して前記第１のデュアル圧力センサの第１及び第２の圧力検出素子のそれぞれに流体圧力を伝達可能に前記弁本体外周面に設けられ、前記第２のデュアル圧力センサは、前記下流側圧力導出路を介して前記第２のデュアル圧力センサの第１及び第２の圧力検出素子のそれぞれに流体圧力を伝達可能に前記弁本体外周面に設けられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のデュアル圧力センサの一態様によれば、デュアル圧力センサを成す各圧力検出素子の温度をそれぞれ実測しなくても、温度補正された流体圧力を求めることができる。したがって、デュアル圧力センサを成す圧力検出素子毎に温度センサを設けずに済み、デュアル圧力センサ、ひいては流体制御弁の部品点数、コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係るデュアル圧力センサの一例を示す模式的な正面図である。
【図２】図１に例示するデュアル圧力センサの模式的な平面図である。
【図３】図１に例示するデュアル圧力センサの模式的な側面図である。
【図４】図２のII−II線断面図である。
【図５】図４のIII−III線平面図である。
【図６】図１〜図５に例示するデュアル圧力センサを適用可能な流量制御弁の一例を示す断面図である。
【図７】図４に例示する出力補正回路の一例を示すブロック図である。
【図８】図１〜図５に例示するデュアル圧力センサを成す２つの感圧ダイヤフラムチップそれぞれの出力特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。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がある。
【００１５】
（一実施形態）
図１、図２及び図３は、それぞれ、一実施形態に係るデュアル圧力センサの模式的な正面図、平面図及び側面図であり、図４は図２のII−II線断面図、図５は図４のIII−III線平面図である。図４において、デュアル圧力センサ１は、例示的に、気密容器２と、気密容器２の内部に収納された２つの圧力センサユニット３Ａ、３Ｂと、基板４と、を備えている。
【００１６】
気密容器２は、図４に例示するように、開口部を有する有底箱型のケース７と、ケース７の開口部を気密に覆う蓋体８とを有する。蓋体８は、例示的に、凹陥部１２を有する平板状に形成され、ケース７の開口部に図示を省略したシール部材を介して固定（例えばネジ止め）される。これにより、ケース７の開口部を気密に密封して、内部に一定圧力の圧力基準室９を形成することができる。なお、ケース７及び蓋体８は、それぞれ例えば合成樹脂によって成形することができる。また、蓋体８の凹陥部１２とは反対側の面には、外部信号線１３の一端を接続可能なコネクタ部１４を設けることができる。
【００１７】
ケース７は、図５に示すように、例示的に、底板７ａと、底板７ａの各辺に沿って立設された４つの側板７ｂ〜７ｅとを備えた矩形箱型に形成され、内部（圧力基準室９）に２つの圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂを互いの側面が相互に接するように並設することができる。
【００１８】
ケース７の内面の４つの各隅角部と、対向する長辺側の側板７ｄ及び７ｅの内面の長手方向中央部分とには、圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂを位置決めする三角柱状の位置決め用突出部１０をそれぞれ設けてもよい。また、底板７ａには、２つの挿通孔１１ａ及び１１ｂを圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂに対応して形成することができる。
【００１９】
圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂは、互いに同じ構成とすることができ、例示的に、圧力センサユニット３Ａ（３Ｂ）は、台座１５Ａ（１５Ｂ）と、感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ（１６Ｂ）と、各感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ及び１６Ｂに共通の出力補正回路１７と、を備える。
【００２０】
台座１５Ａ（１５Ｂ）は、例示的に、台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）と、コネクタ部１４から離れる方向に台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）から突設した圧力導入部１５Ａ−２（１５Ｂ−２）とを有する。台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）と圧力導入部１５Ａ−２（１５Ｂ−２）とは、例えば合成樹脂等によって一体的に形成することができる。
【００２１】
台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）は、図４に例示するように、内部に連通路２１ａ（２１ｂ）を有しており、当該連通路２１ａ（２１ｂ）から感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ（１６Ｂ）に被測定圧力Ｐ１（Ｐ２）を導く小孔２２ａ（２２ｂ）が形成されている。台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）における連通路２１ａ（２１ｂ）の容積を大きく形成することにより、被測定圧力Ｐ１（Ｐ２）の急激な変動を吸収、緩和し、感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ（１６Ｂ）のダイヤフラムが破損することを抑制できる。
【００２２】
圧力導入部１５Ａ−２（１５Ｂ−２）は、例えば内面が円筒形状の圧力導入孔２３ａ（２３ｂ）を有しており、圧力導入孔２３ａ（２３ｂ）は、台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）の連通路２１ａ（２１ｂ）に連通している。これにより、連通路２１ａ（２１ｂ）及び小孔２２ａ（２２ｂ）を介して感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ（１６Ｂ）に被測定圧力Ｐ１（Ｐ２）を導くことができる。
【００２３】
感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ及び１６Ｂは、いずれも温度に応じて出力値である流体の検出圧力が変動する（例えば、温度が高くなるほどセンサ出力値が大きくなる傾向にある）出力特性を有する圧力検出素子（圧力センサ）の一例であり、例示的に、感圧部（ダイヤフラム）が形成された半導体基板（シリコン）と、拡散型歪みゲージとを備える。
【００２４】
拡散型歪みゲージは、前記ダイヤ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。拡散型歪みゲージの出力信号は、基板４の電気回路に例えばボンディングワイヤ２５ａ（２５ｂ）を介して電気的に接続される。
【００２５】
圧力センサの一例である感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ（１６Ｂ）は、台座本体１５Ａ−１（１５Ｂ−１）の例えばコネクタ部１４側の面に設けられ、小孔２２ａ（２２ｂ）から被測定圧力Ｐ１（Ｐ２）がダイヤフラムの一方の面に印加される。なお、ダイヤフラムの他方の面には、気密容器２内の圧力が基準圧力として印加される。
【００２６】
出力補正回路１７は、例えば基板４の前記電気回路の一部を成し、感圧ダイヤフラムチップ１６Ａ及び１６Ｂによって検出された各被測定圧力を基に、温度補正された被測定圧力を求める。ただし、本例のデュアル圧力センサ１は、温度補正のために圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの個々の温度を検出する温度センサは備えておらず、代わりに、所定の演算により温度を検出できるようになっている。その詳細については後述する。
【００２７】
以上のような圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂは、ケース７内において、例えば図５に示すように、台座本体１５Ａ−１及び１５Ｂ−１がケース内面と位置決め用突出部１０とによって位置決めされ、互いに対向する側面２０ａどうしが接触し、残り３つの側面２０ｂ〜２０ｄがケース７の内面にそれぞれ接触し、台座本体１５Ａ−１及び１５Ｂ−１の底面が底板７ａの内面に接触する。このように、２つの台座本体１５Ａ−１及び１５Ｂ−１の側面２０ａどうしを互いに接触させておくことで、２つの台座１５Ａ及び１５Ｂの温度、ひいては圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの温度を等しくすることができる。
【００２８】
各台座１５Ａ及び１５Ｂの圧力導入部１５Ａ−２及び１５Ｂ−２は、底板７ａの対応する挿通孔１１ａ及び１１ｂを介してケース７から突出し、対応する導圧管２４Ａ及び２４Ｂにそれぞれ接続することができる。
【００２９】
基板４は、圧力センサユニット３Ａ及び３Ｂとともにケース７内に収容され、例えば複数個の止めねじによって位置決め用突出部１０に固定され、リード線２８が蓋体８のコネクタ部１４に接続される。
【００３０】
以上のようなデュアル圧力センサ１は、例えば弁本体内を流れる流体の流量を制御する流量制御弁と組み合わせて、弁本体内を流れる流体の流量を測定することができる。なお、流体は、気体（ガス）でもよいし、液体でもよい。流量制御弁の流路内を流れる流体の流量Ｑは、弁体の一次側（上流側）流路と二次側（下流側）流路中の流体の差圧と、弁体の開度で決まる流量係数（Ｃｖ）とから次式（１）によって算出することができる。
【００３１】
Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・√ΔＰ ・・・・（１）
ただし、Ａは定数、ΔＰは流体の上流側と下流側の圧力差である。
【００３２】
当該式（１）による流量計測は、固定オリフィスを用いた差圧式流量計測に比べて、弁体の開度に応じて絞り効果が変わるために幅広い流量の測定が可能である。また、流量制御弁部の配管圧力が判るため、流量を測定する他に圧力異常などの診断にその情報を利用することもできる。
【００３３】
（デュアル圧力センサの適用例）
図６は、上述したデュアル圧力センサ１を適用可能な流量制御弁１００の一例を示す断面図である。流量制御弁１００は、例示的に、上流側及び下流側に配置された一対のシートリングによって弁体（ボールプラグ）を回動自在に支持するフローティングタイプの二方ボールバルブからなる流量制御弁である。フローティングタイプの弁は、全閉時に弁体が上流側流体圧によって下流側シートリングに押し付けられることにより、弁体と下流側シートリングとの接触によってシールを図ることができる。
【００３４】
流量制御弁１００は、例示的に、内部が流体１０２の流路１０３を形成する弁本体１０１と、弁本体１０１の内部において流路１０３を開閉する弁体１０４と、を有する。弁体１０４は、例えば弁軸１０７を有するボール形状の弁体であり、弁本体１０１内部で水平面内において弁軸１０７を中心に回動可能に配設されている。
【００３５】
弁体１０４は、例えば中空体であり、内部を流体１０２が通過できるよう流入側開口部と流出側開口部とを有している。弁軸１０７は、図示を省略したアクチュエータ等によって駆動されることにより、弁体１０４を矢印θ方向に所定の角度範囲（例えば９０°等）内で回動可能である。
【００３６】
弁本体１０１の内部において、弁体１０４の上流側には、弁体１０４の外周面に接するよう上流側シートリング６３が配設され、弁体１０４の下流側には、弁体の外周面に接するよう下流側シートリング６５が配設されている。シートリング６３及び６５のそれぞれは、流路１０３の一部を成す中空構造を有しており、弁体１０４の前記開口部とそれぞれ連通する状態において流体１０２が弁体１０４の上流側から弁体１０４内部の流路を通過して弁体１０４の下流側へ流れる。弁体１０４の回動動作（回動角度）が制御されることによって、弁体１０４の上流側から下流側へ流路１０３を通過する流体の流量を制御することができる。
【００３７】
上流側シートリング６３は上流側リテーナ６４によって、下流側シートリング６５は下流側リテーナ６６によって、それぞれ弁本体１０１内において保持されている。上流側リテーナ６４には、内周面と外周面とを貫通する貫通孔５０が周方向に複数（例えば４つ）設けられており、当該貫通孔５０に、弁体１０４へ向かう流体１０２の一部が流入する。
【００３８】
下流側リテーナ６６にも、内周面と外周面とを貫通する貫通孔５１が周方向に複数（例えば４つ）設けられており、当該貫通孔５１に、弁体１０４から流出した流体１０２の一部が流入する。
【００３９】
上流側リテーナ６４の貫通孔５０は、例えば上流側シートリング６３近傍で弁本体１０１の肉厚内に内外を半径方向に貫通するように形成された２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂとそれぞれ連通している。したがって、上流側リテーナ６４の貫通孔５０に流入した流体１０２は、弁体１０４よりも上流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂにそれぞれ伝達される。別言すれば、貫通孔５０と弁体１０４よりも上流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂの組とは、弁体１０４よりも上流側の流路を流れる流体１０２を弁本体外周面へ導く上流側流体圧力導出路の一例を成す。
【００４０】
一方、下流側リテーナ６６の貫通孔５１は、例えば下流側シートリング６５近傍で弁本体１０１の肉厚内に内外を半径方向に貫通するように形成された２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂとそれぞれ連通している。したがって、下流側リテーナ６６の貫通孔５１に流入した流体１０２は、弁体１０４よりも下流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂにそれぞれ伝達される。別言すれば、貫通孔５１と弁体１０４よりも下流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂの組とは、弁体１０４よりも下流側の流路を流れる流体１０２を弁本体外周面へ導く下流側流体圧力導出路の一例を成す。
【００４１】
上流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂに対応して第１のデュアル圧力センサ１−１を、下流側の２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂに対応して第２のデュアル圧力センサ１−２を、それぞれ弁本体１０１に設けることができる。デュアル圧力センサ１−１及び１−２は、いずれも図１〜図５に例示した構成を有し、両者を区別しない場合には単に「デュアル圧力センサ１」と表記する。
【００４２】
この場合、図４及び図６から明らかなように、弁本体１０１において、弁体１０４よりも上流側に設けられた２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂは、第１のデュアル圧力センサ１−１における圧力導入部１５Ａ−２及び１５Ｂ−２にそれぞれ接続される導圧管として機能する。同様に、弁体１０４よりも下流側に設けられた２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂは、第２のデュアル圧力センサ１−２における圧力導入部１５Ａ−２及び１５Ｂ−２にそれぞれ接続される導圧管として機能する。
【００４３】
これにより、上流側流体圧力導出路の一例を成す貫通孔５０と２つの貫通孔（導圧管）２４Ａ及び２４Ｂとを通じて導かれた流体１０２の圧力Ｐ１が第１のデュアル圧力センサ１−１の圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂのそれぞれに印加される。また、下流側流体圧力導出路の一例を成す貫通孔５１と２つの貫通孔２４Ａ及び２４Ｂとを通じて導かれた流体１０２の圧力Ｐ２が第２のデュアル圧力センサ１−２の圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂのそれぞれに印加される。
【００４４】
圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの各ダイヤフラムは、ダイヤフラムの片面側に印加された圧力Ｐ１又はＰ２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ことで、圧力Ｐ１又はＰ２が検出される。なお、ダイヤフラムの反対面側には気密容器２内の圧力が基準圧力として印加されているので、各圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力電圧は、それぞれ被測定圧力に相当する出力電圧となる。
【００４５】
デュアル圧力センサ１−１及び１−２をそれぞれ成す圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力電圧は、それぞれ例えば図４に示す基板４に設けられた出力補正回路１７に送られる。各デュアル圧力センサ１−１及び１−２の出力補正回路１７は、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力電圧を基に、温度補正された出力電圧を求める。当該出力電圧は、例えば外部信号線１３を介してデュアル圧力センサ１−１及び１−２に接続されている流量算出部６１（図６参照）に与えられる。
【００４６】
流量算出部６１では、デュアル圧力センサ１−１及び１−２のそれぞれから受信した温度補正済みの被測定圧力Ｐ１及びＰ２を減算して、両者の差圧ΔＰ（Ｐ１−Ｐ２）を求め、当該差圧ΔＰを前記の式（１）に代入して演算処理することにより、流量制御弁１００を流れる流体の流量Ｑを測定する。なお、弁体１０４の開度は、例えば図６に示す弁開度検出部６０にて検出することができる。したがって、流量算出部６１は、当該検出された開度によって式（１）で用いる流量係数Ｃｖを決定することができる。
【００４７】
（温度補正処理）
次に、上述した出力補正回路１７による温度補正処理の具体例について、図７及び図８を用いて詳述する。
【００４８】
図７は、出力補正回路１７の一例を示すブロック図である。図７に示す出力補正回路１７は、例示的に、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂに対応するアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１７１及び１７２と、記憶部１７３と、演算部１７４と、演算結果出力部１７５と、を備える。
【００４９】
ＡＤＣ１７１は、一方の圧力センサ１６Ａの出力電圧をデジタル信号（Ｓ１）に変換し、ＡＤＣ１７２は、他方の圧力センサ１６Ｂの出力電圧をデジタル信号（Ｓ２）に変換する。
【００５０】
記憶部１７３は、一方の圧力センサ１６Ａの出力特性に関する情報と、他方の圧力センサ１６Ｂの出力特性に関する情報とを記憶する。ここで、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力特性は、いずれも被測定圧力及び温度に依存して変動する（例えば、温度が高いほど検出圧力が高くなる傾向にある）から、圧力及び温度を変数とする関数により表わすことができる。
【００５１】
したがって、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力特性（温度・圧力特性）は、両圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂが同じ流体１０２の同じ部分の圧力を測定し、かつ、両圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの温度が同一（同一とみなせる場合も含む）であれば、共通の圧力変数Ｐ及び温度変数Ｔを用いて関数ｆ１（Ｐ，Ｔ）及び関数ｆ２（Ｐ，Ｔ）とそれぞれ表わすことができる。
【００５２】
この点、本例において、１つのデュアル圧力センサ１−１（又は１−２）を成す両圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂは、図６に例示したように、それぞれ同じ上流側（下流側）の流体１０２の圧力を被測定圧力とし、かつ、図５に例示したように、互いに接触した状態で一体化されているから同一温度と扱うことができる。よって、記憶部１７３に記憶される「温度・圧力特性に関する情報」は、関数ｆ１（Ｐ，Ｔ）及び関数ｆ２（Ｐ，Ｔ）をそれぞれ定める定数と位置付けることができる。
【００５３】
関数ｆ１（Ｐ，Ｔ）及び関数ｆ２（Ｐ，Ｔ）は、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの出力特性をそれぞれ正確に表わせている必要は無く、例えば一次式や二次式、あるいはそれ以上の高次式によって近似された関数（近似式）によって表わされても構わない。例えば、それぞれ流体１０２が取り得る温度範囲内の複数の温度で予め実測した個々の圧力データ（例えば図８参照）を基に計算（例えばフィッティング）することで関数ｆ１及びｆ２を求めることができる。なお、前記定数は、関数ｆ１及びｆ２の別に、記憶部１７３の記憶領域（アドレス）を分けて記憶してもよいし、それぞれに対応する記憶部１７３に記憶してもよい。記憶部１７３には、例えばＥＥＰＲＯＭを用いることができる。
【００５４】
演算部１７４は、各ＡＤＣ１７１及び１７２の出力であるデジタル信号Ｓ１及びＳ２と、記憶部１７３に記憶された関数ｆ１及びｆ２をそれぞれ定める定数とに基づいて、関数ｆ１及び関数ｆ２を連立して解くことで、温度補正（補償）された被測定圧力Ｐを求める。例示すると、演算部１７４は、下記の式（２）及び式（３）を連立して解くことで、圧力Ｐ及び温度Ｔの双方を求めることができる。
Ｓ１＝ｆ１（Ｐ，Ｔ） …（２）
Ｓ２＝ｆ２（Ｐ，Ｔ） …（３）
【００５５】
すなわち、一方の圧力センサ１６Ａの出力値（検出値）Ｓ１が当該圧力センサ１６Ａの温度・圧力特性を表わす関数ｆ１の解であり、他方の圧力センサ１６Ｂの出力値（検出値）Ｓ２が当該圧力センサ１６Ｂの温度・圧力特性を表わす関数ｆ２の解であると仮定して、両関数ｆ１及びｆ２を連立して解くことで、温度センサを用いずに、温度補正された流体圧力Ｐの検出値を得ることができる。
【００５６】
なお、上流側のデュアル圧力センサ１−１の演算部１７４によって求められた温度補正済み圧力Ｐの検出値は上流側流体圧力Ｐ１の検出信号として位置付けられ、下流側のデュアル圧力センサ１−２の演算部１７４によって求められた温度補正済み圧力Ｐの検出値は下流側流体圧力Ｐ２の検出信号として位置付けられる。
【００５７】
演算結果出力部１７５は、演算部１７４によって求められた圧力Ｐ及び温度Ｔのうち、少なくとも圧力Ｐを検出結果として出力する。当該検出結果は、例えば、流量算出部６１に与えられる。したがって、流量算出部６１には、各デュアル圧力センサ１−１及び１−２の演算結果出力部１７５から温度補正済みの検出圧力Ｐ１及びＰ２が少なくとも受信される。流量算出部６１による圧力Ｐ１及びＰ２に基づく流量算出法については既述のとおりである。
【００５８】
なお、演算結果出力部１７５は、圧力Ｐとともに演算部１７４で求められた温度Ｔを外部（例えば流量算出部６１）に出力することもできる。温度Ｔを受信した流量算出部６１は、当該温度Ｔと前記の式（１）により求めた流量とに基づいて、流量制御弁１００の流路１０３を流れる流体１０２の熱量を算出することも可能になる。また、受信した温度Ｔは、例えば当該温度Ｔの情報を所定の外部表示器（図示省略）等に出力して、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの温度情報としてオペレータ等のユーザに提示することも可能である。また、当該温度情報を所定の温度制御に用いることも可能である。
【００５９】
以上のように、本実施形態のデュアル圧力センサ１によれば、当該デュアル圧力センサ１を成す圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂの温度・圧力特性が相違することを利用して、温度センサを用いずに、温度補正された流体圧力の検出値を得ることが可能となる。したがって、デュアル圧力センサ１、ひいては流量制御弁１００の部品点数、コストを削減することができる。
【００６０】
ところで、流量制御弁１００を例えば空調システムの熱源と空調機との間の配管途中に設置した場合に、流量制御弁１００内の流路１０３には、時期によって低温流体〔冷水（５℃〜２０℃程度）〕が流れる場合と高温流体〔温水（４０℃〜６０℃程度）〕が流れる場合とがある。一方、デュアル圧力センサ１を成す圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂは、高精度に検出結果が得られる温度範囲が限られている。
【００６１】
そのため、例えば、上記のように時期によって低温流体及び高温流体のいずれか一方が選択的に流れる場合に、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂが低温流体及び高温流体の一方の温度範囲で高精度な検出結果が得られるように適正化されている状態で、他方の温度範囲の流体の圧力を検出すると、検出精度が大きく劣化する。これに対し、圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂを、低温流体と高温流体との中間温度で高精度な検出結果が得られるように適正化しておくと、低温流体及び高温流体の一方の温度範囲に適正化する場合よりも最大誤差を小さくできるものの、いずれの温度範囲の流体についても許容できない誤差が生じ得る。
【００６２】
そこで、低温流体及び高温流体のいずれについても高精度な出力を得るには、低温流体の温度範囲に検出精度が適正化された低温用のデュアル圧力センサ１と、高温流体の温度範囲に検出精度が適正化された高温用のデュアル圧力センサ１とを流量制御弁１００の上流側及び下流側のそれぞれに取り付けることが考えられる（合計８つのデュアル圧力センサを取り付けることになる）。
【００６３】
このような場合であっても、本例のデュアル圧力センサ１であれば、各デュアル圧力センサ１を成す２つの圧力センサ１６Ａ及び１６Ｂ毎に温度センサ（合計１６個）を設けなくてよいから、温度センサを用いる場合に比して流量制御弁１００のコストを低減することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１…デュアル圧力センサ、２…気密容器、３Ａ，３Ｂ…圧力センサユニット、４…基板、７…ケース、７ａ…底板、７ｂ〜７ｅ…側板、８…蓋体、９…圧力基準室、１０…位置決め用突出部、１１ａ…挿通孔、１２…凹陥部、１３…外部信号線、１４…コネクタ部、１５Ａ，１５Ｂ…台座、１５Ａ−１，１５Ｂ−１…台座本体、１５Ａ−２，１５Ｂ−２…圧力導入部、１６Ａ，１６Ｂ…感圧ダイヤフラムチップ（圧力検出素子；圧力センサ）、１７…出力補正回路、２０ａ〜２０ｄ…側面、２１ａ，２１ｂ…連通路、２２ａ，２２ｂ…小孔、２３ａ，２３ｂ…圧力導入孔、２４Ａ，２４Ｂ…貫通孔（導圧管）、２５ａ，２５ｂ…ボンディングワイヤ、２８…リード線、５０，５１…貫通孔、６０…弁開度検出部、６１…流量算出部、６３…上流側シートリング、６４…上流側リテーナ、６５…下流側シートリング、６６…下流側リテーナ、１００…流量制御弁、１０１…弁本体、１０２…流体、１０３…流路、１０４…弁体、１０７…弁軸、１７１，１７２…アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）、１７３…記憶部、１７４…演算部、１７５…演算結果出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の温度・圧力特性を有し、流体の圧力を検出する第１の圧力検出素子と、
第２の温度・圧力特性を有し、前記流体の圧力を検出する第２の圧力検出素子と、
前記第１及び第２の温度・圧力特性をそれぞれ表わす第１及び第２の関数の温度変数及び圧力変数を互いに共通とし、前記第１及び第２の圧力検出素子による検出値がそれぞれ前記第１及び第２の関数の解であると仮定して、前記各関数を連立して解くことで、前記流体の圧力を求める演算部と、
前記演算部で求められた前記圧力を出力する出力部と、を備え、
前記第１の圧力検出素子と前記第２の圧力検出素子とが相互に接触した状態で一体化されている、
デュアル圧力センサ。
【請求項２】
前記演算部は、前記各関数を連立して解くことで前記第１及び第２の圧力検出素子の温度を更に求め、
前記出力部は、前記求めた温度を前記演算部で求められた前記圧力とともに出力する、請求項１に記載のデュアル圧力センサ。
【請求項３】
内部に流路を有する弁本体と、前記弁本体内で動作することで前記流路を通過する流体の流量を制御する弁体とを有する流量制御弁において、
前記弁本体内の前記弁体よりも上流側の流路を流れる流体を弁本体外周面へ導く上流側流体圧力導出路と、
前記弁本体内の前記弁体よりも下流側の流路を流れる流体を弁本体外周面へ導く下流側流体圧力導出路と、
請求項１又は２に記載の構成を具備する第１及び第２のデュアル圧力センサと、を備え、
前記第１のデュアル圧力センサは、前記上流側流体圧力導出路を介して前記第１のデュアル圧力センサの第１及び第２の圧力検出素子のそれぞれに流体圧力を伝達可能に前記弁本体外周面に設けられ、
前記第２のデュアル圧力センサは、前記下流側圧力導出路を介して前記第２のデュアル圧力センサの第１及び第２の圧力検出素子のそれぞれに流体圧力を伝達可能に前記弁本体外周面に設けられる、流体制御弁。
【請求項１】
第１の温度・圧力特性を有し、流体の圧力を検出する第１の圧力検出素子と、
第２の温度・圧力特性を有し、前記流体の圧力を検出する第２の圧力検出素子と、
前記第１及び第２の温度・圧力特性をそれぞれ表わす第１及び第２の関数の温度変数及び圧力変数を互いに共通とし、前記第１及び第２の圧力検出素子による検出値がそれぞれ前記第１及び第２の関数の解であると仮定して、前記各関数を連立して解くことで、前記流体の圧力を求める演算部と、
前記演算部で求められた前記圧力を出力する出力部と、を備え、
前記第１の圧力検出素子と前記第２の圧力検出素子とが相互に接触した状態で一体化されている、
デュアル圧力センサ。
【請求項２】
前記演算部は、前記各関数を連立して解くことで前記第１及び第２の圧力検出素子の温度を更に求め、
前記出力部は、前記求めた温度を前記演算部で求められた前記圧力とともに出力する、請求項１に記載のデュアル圧力センサ。
【請求項３】
内部に流路を有する弁本体と、前記弁本体内で動作することで前記流路を通過する流体の流量を制御する弁体とを有する流量制御弁において、
前記弁本体内の前記弁体よりも上流側の流路を流れる流体を弁本体外周面へ導く上流側流体圧力導出路と、
前記弁本体内の前記弁体よりも下流側の流路を流れる流体を弁本体外周面へ導く下流側流体圧力導出路と、
請求項１又は２に記載の構成を具備する第１及び第２のデュアル圧力センサと、を備え、
前記第１のデュアル圧力センサは、前記上流側流体圧力導出路を介して前記第１のデュアル圧力センサの第１及び第２の圧力検出素子のそれぞれに流体圧力を伝達可能に前記弁本体外周面に設けられ、
前記第２のデュアル圧力センサは、前記下流側圧力導出路を介して前記第２のデュアル圧力センサの第１及び第２の圧力検出素子のそれぞれに流体圧力を伝達可能に前記弁本体外周面に設けられる、流体制御弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２７２９（Ｐ２０１２−２７２９Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３９１４８（Ｐ２０１０−１３９１４８）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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