【圧力センサーベーシック #9:圧力センサー技術】
 
ユーザー側のシステム設計者は圧力測定の方法を考えた時、いろいろな選択肢があります。MEMS(微細電気加工技術)半導体技術は広く知られるようになり、非常に多くのセンシングに応用されています。圧力測定に関してもいくつかの他の技術があり、あまり一般的でない方法でも今日は使用されるようになっています。
 
圧力の測定技術
グローバル圧力センサー市場予測で、(2012 – 2017):リサーチ&マーケットでの市場分析では87億もの圧力センサーが2011に出荷され、2017年までに、163.7億まで達すると予想され、2012年から2017年までの年平均成長率(CAGR)の見積もりは11.3%となっています。これと同時期に、市場規模に関する年平均成長率(CAGR)の見積もりは6.3%となっています。

 何十億もの販売部品に加え、センシング圧力に関する機器への応用は、非常に幅広くなっています。特定の技術を選択する判断基準は、センサーが流体、液体レベル、深さ、高度や気圧測定のために使われているかどうかという事も含められます。さらに、ゲージ圧に対する絶対圧力測定や差圧測定技術の必要性は、センサー選択をするのに役立ちます。

どんな圧力センシング機器においても重要な2つの側面は、フォースコントロールとトランスデューサー技術です。圧力測定の初期は、トランスデューサー技術によって圧力をゲージ圧の機械的運動や液柱の高さに変換していました。アネロイド型セル、ブルドン管、ベローズ、ダイアフラム、分銅式圧力基準器やマノメーターは、多くの圧力測定において現在でも圧力測定の基準とされています。新しい半導体製造技術は、ピラニゲージ(熱伝導率)機器といったこれまでの真空測定技術にも応用されています。これらの技術のいくつかは高圧測定に使用されています。真空測定(電離真空計)は、マクラウドゲージやピラニゲージといった超微圧測定にも使われています。こういった応用例においてシステムエンジニアは、それぞれの技術をより深く調べる必要があります。
 
圧力を電気信号に変換
現代の制御システムの重要な役割を担っているセンシングに加え、圧力センサーは圧力値の記録をするだけでなく、それ以上のものを提供しなければいけなくなりました。制御システムへのフィードバックとして電気的出力の必要性は、以下のセンシング技術によって解決されています。
静電容量方式
差動トランス方式(LVDT)
光学方式
ピエゾ電気方式
ピエゾ抵抗方式
ポテーショーメーター抵抗式
共振周波数式
これらの技術のいくつかは超高圧の感知(例えば、光ファイバー技術や機器の高性能化、高精度を必要とするハイグレードセンサー)といった特定のケースにも応用されています。
 
センシング圧力に関するMEMS技術
今日のセンサーマーケットは、MEMS技術は圧力センサーの90%以上に使用されていると予想しています。ピエゾ抵抗型や静電容量型センサーへは、一般的にMEMSベースの圧力センサーが使用されています。センサーの小型化や小型外装パッケージによって、全タイプでMEMSセンサーは新しい応用分野を作り続け、多くの最終製品として新しい機能・性能を発揮しています。さらに半導体の製造技術の向上は、高い歩留まりとさらなる低コストへと繋がります。
 
 センサー測定において、ピエゾ抵抗型(MEMS)半導体圧力センサーセンサーは、信号調整の簡単さによって最も一般的に使われている技術で、幅広い分野にて低コストで提供されています。これらのMEMS半導体圧力センサーは、もっとも一般的な圧力範囲である0~4inch H2O (1KPa) から0~100 psi(700KPa)まで使われています。オールセンサーズのCoBeam2TM技術によっても、圧力センサーのコントローラーの容量が改善されています。これによってピエゾ抵抗型(MEMS)半導体圧力センサーは、特に微圧での応用においてダイサイズが大きくなったり、ボス構造にかけるコストを無駄に使うことなく、高レベルの圧力感度を達成しています。
 
応用分野の選択
 センシング圧力に応用できる技術非常に多くありますが、特定の応用例については選択肢が少なかったりします。0~4inch H2O (1KPa) から0~100 psi(700KPa)までの範囲における低コストの圧力測定にとって、ピエゾ抵抗型(MEMS)半導体圧力センサーは、十分に検討・考慮される対象となるでしょう。


CoBeam2はオールセンサーズの商標です。