JPH06212402A - 薄いストレインゲージ層、その製造方法及びその圧力トランスデューサにおける使用 - Google Patents
薄いストレインゲージ層、その製造方法及びその圧力トランスデューサにおける使用Info
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- JPH06212402A JPH06212402A JP4198003A JP19800392A JPH06212402A JP H06212402 A JPH06212402 A JP H06212402A JP 4198003 A JP4198003 A JP 4198003A JP 19800392 A JP19800392 A JP 19800392A JP H06212402 A JPH06212402 A JP H06212402A
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- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 オイルウエル即ち油井内の圧力を測定するた
めの圧力トランスデューサにおいて使用するのに適した
薄いストレインゲージ層を提供する。 【構成】 アルゴンなどの不活性ガスと窒素及びできれ
ば酸素との混合物により形成される雰囲気中においてタ
ンタルターゲットから反応性付着により絶縁性基板上に
窒化タンタル相を有するタンタルの薄い層を形成し、つ
いで得られた薄い層を３００及至６００℃の温度で熱処
理する。
めの圧力トランスデューサにおいて使用するのに適した
薄いストレインゲージ層を提供する。 【構成】 アルゴンなどの不活性ガスと窒素及びできれ
ば酸素との混合物により形成される雰囲気中においてタ
ンタルターゲットから反応性付着により絶縁性基板上に
窒化タンタル相を有するタンタルの薄い層を形成し、つ
いで得られた薄い層を３００及至６００℃の温度で熱処
理する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄いストレインゲージ
層に関するものであって、特に、オイルウエル即ち油井
内の圧力を測定するための圧力トランスデューサにおい
て使用するのに適した薄いストレインゲージ層に関する
ものである。
層に関するものであって、特に、オイルウエル即ち油井
内の圧力を測定するための圧力トランスデューサにおい
て使用するのに適した薄いストレインゲージ層に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】オイルウエル即ち油井内において使用す
る圧力トランスデューサ（変換器）は、厳しい動作条件
に耐えるものでなければならず、特に、高々１７５℃の
温度及び１４×１０7 Ｐａとなる場合のある高圧力に耐
えることが可能であり、且つ数週間の使用状態に対し信
頼性のある測定値を与えるものでなければならない。こ
の様な圧力トランスデューサは、特に、良好な安定性及
び良好な信頼性を維持しながら、周期的な変形及び振動
及び衝撃に耐えることが可能なものでなければならな
い。トランスデューサの信頼性の仕様は、その測定値の
精度、その短期間及び長期間の安定性及びそのヒステリ
シスなどに関係している。
る圧力トランスデューサ（変換器）は、厳しい動作条件
に耐えるものでなければならず、特に、高々１７５℃の
温度及び１４×１０7 Ｐａとなる場合のある高圧力に耐
えることが可能であり、且つ数週間の使用状態に対し信
頼性のある測定値を与えるものでなければならない。こ
の様な圧力トランスデューサは、特に、良好な安定性及
び良好な信頼性を維持しながら、周期的な変形及び振動
及び衝撃に耐えることが可能なものでなければならな
い。トランスデューサの信頼性の仕様は、その測定値の
精度、その短期間及び長期間の安定性及びそのヒステリ
シスなどに関係している。
【０００３】米国特許第５，０２４，０９８号は、オイ
ルウエル（油井）において使用することが可能であり、
高精度を有すると共に、時間に関し良好な安定性を有し
ており且つ良好な動的特性を有する圧力トランスデュー
サを記載している。そのトランスデューサは、薄い層付
着物により形成された電気的抵抗のストレインゲージ装
置を支持するセルを有しており、該セルは、密封室を有
しており、その室内において、所定の低圧力が存在して
おり、該セルの外側表面全体は測定すべき圧力に露呈さ
れる。そのトランスデューサにおいては、該セルは、圧
力感受性要素を構成しており、且つそれは圧力を変形へ
変換し、且つタンタルの薄膜により構成することが可能
な薄い層付着物がその変形を電気的信号へ変換する。
ルウエル（油井）において使用することが可能であり、
高精度を有すると共に、時間に関し良好な安定性を有し
ており且つ良好な動的特性を有する圧力トランスデュー
サを記載している。そのトランスデューサは、薄い層付
着物により形成された電気的抵抗のストレインゲージ装
置を支持するセルを有しており、該セルは、密封室を有
しており、その室内において、所定の低圧力が存在して
おり、該セルの外側表面全体は測定すべき圧力に露呈さ
れる。そのトランスデューサにおいては、該セルは、圧
力感受性要素を構成しており、且つそれは圧力を変形へ
変換し、且つタンタルの薄膜により構成することが可能
な薄い層付着物がその変形を電気的信号へ変換する。
【０００４】そのトランスデューサは良好な結果を与え
るものであるが、このタイプの圧力トランスデューサの
性能を更に改善することが可能なその他の薄いストレイ
ンゲージ層を見出だすための研究がなされている。
るものであるが、このタイプの圧力トランスデューサの
性能を更に改善することが可能なその他の薄いストレイ
ンゲージ層を見出だすための研究がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的とすると
ころは、トランスデューサの性能を改善することを可能
とする圧力トランスデューサにおいて使用可能な新規な
薄いストレインゲージ層を提供することである。
ころは、トランスデューサの性能を改善することを可能
とする圧力トランスデューサにおいて使用可能な新規な
薄いストレインゲージ層を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、タンタ
ル及びＴａＮを有する窒化タンタルをベースとしており
且つ４００乃至１，０００μΩ・ｃｍ、好適には５００
乃至６００μΩ・ｃｍで、例えば５５０μΩ・ｃｍの程
度の固有抵抗を有するサーメットにより構成された薄い
ストレインゲージ層が提供される。このサーメット層に
おいて、高固有抵抗の窒化タンタルＴａＮが存在するこ
とは、その層の固有抵抗を、その窒化タンタルの含有量
に依存して、４００乃至１，０００μΩ・ｃｍの範囲内
に存在すべく増加させることを可能としている。
ル及びＴａＮを有する窒化タンタルをベースとしており
且つ４００乃至１，０００μΩ・ｃｍ、好適には５００
乃至６００μΩ・ｃｍで、例えば５５０μΩ・ｃｍの程
度の固有抵抗を有するサーメットにより構成された薄い
ストレインゲージ層が提供される。このサーメット層に
おいて、高固有抵抗の窒化タンタルＴａＮが存在するこ
とは、その層の固有抵抗を、その窒化タンタルの含有量
に依存して、４００乃至１，０００μΩ・ｃｍの範囲内
に存在すべく増加させることを可能としている。
【０００７】このことは非常に有利である。なぜなら
ば、圧力トランスデューサの三つの重要なパラメータは
この固有抵抗値の範囲内において最適化させることが可
能だからである。即ち、 （１）次式により定義されるゲージファクタｙ、 ｙ＝（△Ｒ／Ｒ）／（△Ｌ／Ｌ） 尚、Ｌは該薄い層の長さであり且つＲはその抵抗値であ
る。尚、このファクタは可及的に高いものとすべきであ
る。
ば、圧力トランスデューサの三つの重要なパラメータは
この固有抵抗値の範囲内において最適化させることが可
能だからである。即ち、 （１）次式により定義されるゲージファクタｙ、 ｙ＝（△Ｒ／Ｒ）／（△Ｌ／Ｌ） 尚、Ｌは該薄い層の長さであり且つＲはその抵抗値であ
る。尚、このファクタは可及的に高いものとすべきであ
る。
【０００８】 （２）次式で定義される抵抗値の温度係数（ＴＣＲ）、 ＴＣＲ＝（１／Ｒ）×（△Ｒ／△Ｔ） 尚、Ｒは該薄い層の抵抗値であり且つＴは温度である。
尚、このファクタは可及的に低いものとすべきである。
尚、このファクタは可及的に低いものとすべきである。
【０００９】（３）内部摩擦の程度又は非弾性の程度、
尚これらも可及的に低いものとすべきである。
尚これらも可及的に低いものとすべきである。
【００１０】従って、本発明によれば、４００乃至１，
０００μΩ・ｃｍの固有抵抗を持ったタンタル及び窒化
タンタルをベースとしたサーメットからなるストレイン
ゲージ層を選択することにより、非弾性の程度を低く維
持し且つ適宜の温度係数を維持しながら高いゲージファ
クタを得ることが可能である。窒化タンタルＴａＮは、
好適には、サーメットの薄い層においてデルタ（δ）構
造を有するものである。好適には、サーメットの窒化タ
ンタルはほぼＴａＮのみにより構成されるものである。
該層の厚さは、好適には、０．０３乃至０．５μｍの範
囲内である。
０００μΩ・ｃｍの固有抵抗を持ったタンタル及び窒化
タンタルをベースとしたサーメットからなるストレイン
ゲージ層を選択することにより、非弾性の程度を低く維
持し且つ適宜の温度係数を維持しながら高いゲージファ
クタを得ることが可能である。窒化タンタルＴａＮは、
好適には、サーメットの薄い層においてデルタ（δ）構
造を有するものである。好適には、サーメットの窒化タ
ンタルはほぼＴａＮのみにより構成されるものである。
該層の厚さは、好適には、０．０３乃至０．５μｍの範
囲内である。
【００１１】上述した薄いストレインゲージ層は、以下
のステップを有する方法により製造することが可能であ
る。即ち、（ａ）例えばアルゴンなどの不活性ガスと窒
素及びできれば酸素との混合物により形成される雰囲気
中においてタンタルターゲットから反応性付着により絶
縁性基板上に窒化タンタル相を有するタンタルの薄い層
を形成し、（ｂ）その様にして得られた薄い層を３００
乃至６００℃の温度で熱処理する、上記各ステップを有
するものである。
のステップを有する方法により製造することが可能であ
る。即ち、（ａ）例えばアルゴンなどの不活性ガスと窒
素及びできれば酸素との混合物により形成される雰囲気
中においてタンタルターゲットから反応性付着により絶
縁性基板上に窒化タンタル相を有するタンタルの薄い層
を形成し、（ｂ）その様にして得られた薄い層を３００
乃至６００℃の温度で熱処理する、上記各ステップを有
するものである。
【００１２】この方法の最初のステップは従来技術を使
用して実施することが可能であり、例えば、アルゴン、
窒素及び酸素を有する反応性プラズマ中においてカソー
ドスパッタリングにより実施することが可能である。こ
の技術によれば、一般的にＴａＮ及びＴａ2 Ｎから形成
される窒化タンタル相を有するタンタル層が付着形成さ
れ、且つ付着形成された薄い層内の窒化タンタル相の量
は、スパッタリング室内の窒素の分圧を適宜制御するこ
とにより制御することが可能である。ステップ（ｂ）の
熱処理は、該層の窒化タンタルＴａ2 ＮをＴａＮへ変換
させることを意図したものである。この熱処理は、１乃
至３００時間の範囲内の時間で実施することが可能であ
り、好適には二つのステージで実施し、即ち第一ステー
ジは空気中において行ない且つ第二ステージは真空中に
おいて行なうものである。
用して実施することが可能であり、例えば、アルゴン、
窒素及び酸素を有する反応性プラズマ中においてカソー
ドスパッタリングにより実施することが可能である。こ
の技術によれば、一般的にＴａＮ及びＴａ2 Ｎから形成
される窒化タンタル相を有するタンタル層が付着形成さ
れ、且つ付着形成された薄い層内の窒化タンタル相の量
は、スパッタリング室内の窒素の分圧を適宜制御するこ
とにより制御することが可能である。ステップ（ｂ）の
熱処理は、該層の窒化タンタルＴａ2 ＮをＴａＮへ変換
させることを意図したものである。この熱処理は、１乃
至３００時間の範囲内の時間で実施することが可能であ
り、好適には二つのステージで実施し、即ち第一ステー
ジは空気中において行ない且つ第二ステージは真空中に
おいて行なうものである。
【００１３】窒化タンタルＴａ2 Ｎを一層高い固有抵抗
を有するＴａＮへ変換させることは、該層の固有抵抗を
増加させることに貢献する。更に、この変換は、緩和現
象を制限させることを可能とするデルタ（δ）構造へ向
かって発展する窒化タンタル構造が付随するものと思わ
れる。サーメットの薄い層がほぼ金属タンタル及びＴａ
Ｎのみにより形成されるものであることが望ましい。
を有するＴａＮへ変換させることは、該層の固有抵抗を
増加させることに貢献する。更に、この変換は、緩和現
象を制限させることを可能とするデルタ（δ）構造へ向
かって発展する窒化タンタル構造が付随するものと思わ
れる。サーメットの薄い層がほぼ金属タンタル及びＴａ
Ｎのみにより形成されるものであることが望ましい。
【００１４】本発明は、更に、例えば上述した如き少な
くとも一つの薄いストレインゲージ層を有する圧力トラ
ンスデューサを提供している。この圧力トランスデュー
サにおいては、該薄いストレインゲージ層は、測定され
るべき圧力に露呈され且つこの圧力を歪へ変形させるべ
く適合されたセル上に配設される。
くとも一つの薄いストレインゲージ層を有する圧力トラ
ンスデューサを提供している。この圧力トランスデュー
サにおいては、該薄いストレインゲージ層は、測定され
るべき圧力に露呈され且つこの圧力を歪へ変形させるべ
く適合されたセル上に配設される。
【００１５】
【実施例】図１は本発明のストレインゲージ層を製造す
る場合に使用する反応性スパッタリング装置を模式的に
示している。この装置において、回転支持体７上に配設
した絶縁性基板６上に薄い層を付着形成させるために、
導管３，４，５を介して室２内に導入したアルゴン、窒
素及び酸素からなる反応性プラズマ内において、接地接
続された閉じた室２内において適宜の電圧ＶC に設定さ
れたタンタルターゲット１を噴霧化させる。該室はポン
プ８により真空状態に維持され、且つ枢支したマスク９
がターゲット１と支持体７との間に配設されている。
る場合に使用する反応性スパッタリング装置を模式的に
示している。この装置において、回転支持体７上に配設
した絶縁性基板６上に薄い層を付着形成させるために、
導管３，４，５を介して室２内に導入したアルゴン、窒
素及び酸素からなる反応性プラズマ内において、接地接
続された閉じた室２内において適宜の電圧ＶC に設定さ
れたタンタルターゲット１を噴霧化させる。該室はポン
プ８により真空状態に維持され、且つ枢支したマスク９
がターゲット１と支持体７との間に配設されている。
【００１６】この装置においては、放電電流及びガスの
分圧は、基板７上に窒化タンタルを含有する薄いタンタ
ル層を形成すべく制御され、且つ該層内の窒化タンタル
の量は、導管４を介して導入される窒素の分圧を制御す
ることにより制御される。一例として、０．１乃至４Ａ
の放電電流、３００乃至４００Ｖの電圧ＶC 及び０．１
３５乃至１．３５Ｐａのガス圧力を使用することが可能
である。これらの条件下において、ＴａＮ及びＴａ2 Ｎ
を含有するタンタル層が付着形成される。
分圧は、基板７上に窒化タンタルを含有する薄いタンタ
ル層を形成すべく制御され、且つ該層内の窒化タンタル
の量は、導管４を介して導入される窒素の分圧を制御す
ることにより制御される。一例として、０．１乃至４Ａ
の放電電流、３００乃至４００Ｖの電圧ＶC 及び０．１
３５乃至１．３５Ｐａのガス圧力を使用することが可能
である。これらの条件下において、ＴａＮ及びＴａ2 Ｎ
を含有するタンタル層が付着形成される。
【００１７】この動作の後に、薄い層でコーティングさ
れた基板を熱処理に露呈させる。例えば、４００℃の温
度において数十時間の間空気中において熱処理を行な
い、次いで典型的には１時間の間３００乃至６００℃の
温度において真空中において熱処理を行なう。この熱処
理の結果、該層内に初期的に存在していた窒化タンタル
Ｔａ2 Ｎはより抵抗性の高いＴａＮへ変換され、それに
より該層の固有抵抗が増加される。この熱処理期間中、
マトリクスも変化し、即ちサーメット内のタンタル含有
量が変化し且つＴａＮ構造はδ構造に向けて発展する。
れた基板を熱処理に露呈させる。例えば、４００℃の温
度において数十時間の間空気中において熱処理を行な
い、次いで典型的には１時間の間３００乃至６００℃の
温度において真空中において熱処理を行なう。この熱処
理の結果、該層内に初期的に存在していた窒化タンタル
Ｔａ2 Ｎはより抵抗性の高いＴａＮへ変換され、それに
より該層の固有抵抗が増加される。この熱処理期間中、
マトリクスも変化し、即ちサーメット内のタンタル含有
量が変化し且つＴａＮ構造はδ構造に向けて発展する。
【００１８】この熱処理のために、サーメットの窒化タ
ンタル相の二つの構成要素即ちＴａＮ及びＴａ2 Ｎの間
の比が変化し、且つこの変化は金属層の犠牲において行
なわれる。従って、熱処理の前に７０％のタンタルを有
する薄い層の場合、熱処理後においてはタンタルの量は
６８％を超えるものではなく、Ｔａの量はタンタルによ
り占有される面積を元にして顕微鏡写真から測定する。
熱処理前において６３％のタンタルを含有する薄い層の
場合には、熱処理後においてはタンタルの量は５８％を
超えるものではない。
ンタル相の二つの構成要素即ちＴａＮ及びＴａ2 Ｎの間
の比が変化し、且つこの変化は金属層の犠牲において行
なわれる。従って、熱処理の前に７０％のタンタルを有
する薄い層の場合、熱処理後においてはタンタルの量は
６８％を超えるものではなく、Ｔａの量はタンタルによ
り占有される面積を元にして顕微鏡写真から測定する。
熱処理前において６３％のタンタルを含有する薄い層の
場合には、熱処理後においてはタンタルの量は５８％を
超えるものではない。
【００１９】これらの変化の全ては所望の固有抵抗を得
ることを可能としており、このことは、膜内のタンタル
の量ばかりではなく、Ｔａ2 ＮとＴａＮとの間の比にも
依存する。従って、適宜の窒素分圧を選択することによ
り、膜中のＴａ2 Ｎ及びＴａＮの量が制御され、従って
該層の固有抵抗は熱処理により所望の値へ増加される。
従って、該層の固有抵抗は該層内のＴａＮ及びＴａ2 Ｎ
の量を表わすパラメータを表わしており、それらは現在
の分析方法により十分正確に決定することは困難であ
る。しかしながら一例として、上述した態様で測定され
たサーメット中のタンタルの含有量は、通常、４００乃
至１，０００μΩ・ｃｍの範囲内における固有抵抗の場
合には８０％乃至５０％の範囲内である。
ることを可能としており、このことは、膜内のタンタル
の量ばかりではなく、Ｔａ2 ＮとＴａＮとの間の比にも
依存する。従って、適宜の窒素分圧を選択することによ
り、膜中のＴａ2 Ｎ及びＴａＮの量が制御され、従って
該層の固有抵抗は熱処理により所望の値へ増加される。
従って、該層の固有抵抗は該層内のＴａＮ及びＴａ2 Ｎ
の量を表わすパラメータを表わしており、それらは現在
の分析方法により十分正確に決定することは困難であ
る。しかしながら一例として、上述した態様で測定され
たサーメット中のタンタルの含有量は、通常、４００乃
至１，０００μΩ・ｃｍの範囲内における固有抵抗の場
合には８０％乃至５０％の範囲内である。
【００２０】所望の特性を有するＴａ−ＴａＮの薄い層
を得るために、最初に、０．１３５乃至１．３５Ｐａの
間の窒素分圧を使用して一連の薄い層を製造し、次いで
熱処理を実施し、次いで固有抵抗がどの様にして窒素分
圧の関数として変化するかを示すキャリブレーション曲
線を得るために該固有抵抗を測定する。この曲線に基づ
いて、所望の固有抵抗を得るための条件を決定すること
が可能である。
を得るために、最初に、０．１３５乃至１．３５Ｐａの
間の窒素分圧を使用して一連の薄い層を製造し、次いで
熱処理を実施し、次いで固有抵抗がどの様にして窒素分
圧の関数として変化するかを示すキャリブレーション曲
線を得るために該固有抵抗を測定する。この曲線に基づ
いて、所望の固有抵抗を得るための条件を決定すること
が可能である。
【００２１】一例として、図２は以下の条件に基づいて
本発明方法により得られた５５０μΩ・ｃｍの薄い層に
関する構造を示した顕微鏡写真である。
本発明方法により得られた５５０μΩ・ｃｍの薄い層に
関する構造を示した顕微鏡写真である。
【００２２】 （ａ）付着 放電電流 ２．８Ａ 電圧ＶC ４４０Ｖ アルゴン分圧 ６００Ｐａ 窒素分圧 ２００Ｐａ 酸素分圧 ５Ｐａ 付着時間 ３分５０秒 （ｂ）熱処理 空気中 ４００℃、１００時間 真空中 ５５０℃、１時間 その結果得られた薄い層は０．０９μｍの厚さを有して
おり且つ５５０μΩ・ｃｍの固有抵抗を有している。
おり且つ５５０μΩ・ｃｍの固有抵抗を有している。
【００２３】図３は、本発明に基づくトランスデューサ
の活性部分を模式的に示している。本トランスデューサ
は、例えばサファイヤ、より詳細にはアルミナなどの単
結晶サファイヤなどの圧力を感じる物質から構成された
セル２０を有している。このセルは内部空洞２２を有し
ており、その中において圧力は所定の値を有しており、
且つ該セルは矢印により示した如くその外側表面上にお
いて測定すべき圧力Ｐを受ける。更に、その外側表面上
には測定要素を構成する薄いストレインゲージ層２４か
らなるブリッジ回路が設けられている。該セルは、例え
ば、図４に示した如くトランスデューサ構成体内に配設
させることが可能である。
の活性部分を模式的に示している。本トランスデューサ
は、例えばサファイヤ、より詳細にはアルミナなどの単
結晶サファイヤなどの圧力を感じる物質から構成された
セル２０を有している。このセルは内部空洞２２を有し
ており、その中において圧力は所定の値を有しており、
且つ該セルは矢印により示した如くその外側表面上にお
いて測定すべき圧力Ｐを受ける。更に、その外側表面上
には測定要素を構成する薄いストレインゲージ層２４か
らなるブリッジ回路が設けられている。該セルは、例え
ば、図４に示した如くトランスデューサ構成体内に配設
させることが可能である。
【００２４】図４において、圧力トランスデューサは、
主に、本体２６とそれに固着したノーズ物体２８を有す
るトランスデューサの基体の内部に配設された測定用セ
ル２０を有している。セル２０は、本体２６内部に設け
られた内部空洞の内部に配設されている。接続用ケーブ
ル３２及びフィードスルーコネクタ３４により形成され
た接続手段が、本体２６を貫通して延在しておりセル２
０の周りで内部空洞３０内に進入している。本圧力トラ
ンスデューサのノーズ物体２８の主要な機能は、測定用
セルを周囲の流体の圧力Ｐと連通状態とさせることであ
る。この目的のために、ノーズ物体２８は一端部におい
て外部へ開口しており且つ他端部において測定用セルが
配設されている内部空洞３０内に開口する軸方向通路３
６を有している。更に、測定用セルを保護するために、
本体２６とノーズ物体２８との間にはそれらの接合面に
おいてメンブレン３８が配置されている。メンブレン３
８は、外部の媒体の圧力を内部空洞３０の内部へ伝達さ
せるのに十分な弾性を有している。メンブレン３８によ
り区画される空洞の体積は完全に油で充填されており、
その油は本圧力トランスデューサの組立て中に導入され
る。
主に、本体２６とそれに固着したノーズ物体２８を有す
るトランスデューサの基体の内部に配設された測定用セ
ル２０を有している。セル２０は、本体２６内部に設け
られた内部空洞の内部に配設されている。接続用ケーブ
ル３２及びフィードスルーコネクタ３４により形成され
た接続手段が、本体２６を貫通して延在しておりセル２
０の周りで内部空洞３０内に進入している。本圧力トラ
ンスデューサのノーズ物体２８の主要な機能は、測定用
セルを周囲の流体の圧力Ｐと連通状態とさせることであ
る。この目的のために、ノーズ物体２８は一端部におい
て外部へ開口しており且つ他端部において測定用セルが
配設されている内部空洞３０内に開口する軸方向通路３
６を有している。更に、測定用セルを保護するために、
本体２６とノーズ物体２８との間にはそれらの接合面に
おいてメンブレン３８が配置されている。メンブレン３
８は、外部の媒体の圧力を内部空洞３０の内部へ伝達さ
せるのに十分な弾性を有している。メンブレン３８によ
り区画される空洞の体積は完全に油で充填されており、
その油は本圧力トランスデューサの組立て中に導入され
る。
【００２５】図５，６，７は上述した如き圧力トランス
デューサにおけるゲージファクタｙに関する薄い層の固
有抵抗（μΩ・ｃｍ）、抵抗値の温度係数（ＴＣＲ）及
び初日のドリフトの影響を示している。これらの層は窒
素の分圧を変化させながら図２のセルのものと同様の条
件下で得たものである。
デューサにおけるゲージファクタｙに関する薄い層の固
有抵抗（μΩ・ｃｍ）、抵抗値の温度係数（ＴＣＲ）及
び初日のドリフトの影響を示している。これらの層は窒
素の分圧を変化させながら図２のセルのものと同様の条
件下で得たものである。
【００２６】図５において、ゲージファクタは薄い層の
固有抵抗と共に増加するが、固有抵抗が１０，０００μ
Ω・ｃｍに到達した後に下降し始めている。図６におい
て、抵抗値の温度係数（ｐｐｍ／℃）は非常に低く且つ
５×１０2 乃至１０3 μΩ・ｃｍの固有抵抗の範囲内に
おいては事実上０に等しいものであることが理解され
る。一方、１０3 μΩ・ｃｍより上においては非常に迅
速に増加している。図７は印加圧力が１０５ＭＰａ（１
５ＫＰＳＩ）で且つ温度が１５０℃の場合のμΩ・ｃｍ
単位での薄い層の固有抵抗の関数としての初日期間中の
測定ドリフト（ｋＰａ単位）を示しており、ドリフトは
６００μΩ・ｃｍから非常に低くなっており且つ４５０
μΩ・ｃｍから許容可能であることが理解される。
固有抵抗と共に増加するが、固有抵抗が１０，０００μ
Ω・ｃｍに到達した後に下降し始めている。図６におい
て、抵抗値の温度係数（ｐｐｍ／℃）は非常に低く且つ
５×１０2 乃至１０3 μΩ・ｃｍの固有抵抗の範囲内に
おいては事実上０に等しいものであることが理解され
る。一方、１０3 μΩ・ｃｍより上においては非常に迅
速に増加している。図７は印加圧力が１０５ＭＰａ（１
５ＫＰＳＩ）で且つ温度が１５０℃の場合のμΩ・ｃｍ
単位での薄い層の固有抵抗の関数としての初日期間中の
測定ドリフト（ｋＰａ単位）を示しており、ドリフトは
６００μΩ・ｃｍから非常に低くなっており且つ４５０
μΩ・ｃｍから許容可能であることが理解される。
【００２７】図５，６，７の結果は、適宜の固有抵抗の
範囲は４００乃至１，０００μΩ・ｃｍであることを示
している。なぜならば、これらの条件下においては、初
日ドリフトは低く（ほとんど２８ｋＰａ）及び抵抗値の
温度係数は０の領域にあり、更にゲージファクタはこの
固有抵抗範囲において高い値だからである。
範囲は４００乃至１，０００μΩ・ｃｍであることを示
している。なぜならば、これらの条件下においては、初
日ドリフトは低く（ほとんど２８ｋＰａ）及び抵抗値の
温度係数は０の領域にあり、更にゲージファクタはこの
固有抵抗範囲において高い値だからである。
【００２８】トランスデューサのドリフト（ｋＰａ単
位）を、１５０℃の温度で７ＭＰａ（１０ｋｐｓｉ）の
圧力に露呈させた場合の時間（時間単位）の関数として
図８に示してある。図８において、曲線Ｉは熱処理前の
Ｔａ−ＴａＮの薄い層に関するものであり、且つ曲線Ｉ
Ｉは熱処理後の同じ層に関するものである。この図８か
ら、熱処理した層の場合にはドリフトは著しく低いもの
であることが理解される。従って、熱処理を行なうこと
により層の安定性は改善される。
位）を、１５０℃の温度で７ＭＰａ（１０ｋｐｓｉ）の
圧力に露呈させた場合の時間（時間単位）の関数として
図８に示してある。図８において、曲線Ｉは熱処理前の
Ｔａ−ＴａＮの薄い層に関するものであり、且つ曲線Ｉ
Ｉは熱処理後の同じ層に関するものである。この図８か
ら、熱処理した層の場合にはドリフトは著しく低いもの
であることが理解される。従って、熱処理を行なうこと
により層の安定性は改善される。
【００２９】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
【図１】 本発明の薄い層を付着形成するためのマグネ
トロン型スパッタリング装置を示した概略図。
トロン型スパッタリング装置を示した概略図。
【図２】 Ｔａ−窒化タンタルの薄いサーメット層の構
造を示した顕微鏡写真図。
造を示した顕微鏡写真図。
【図３】 圧力トランスデューサの活性部分を示した概
略図。
略図。
【図４】 圧力トランスデューサの完全な構造を示した
概略縦断面図。
概略縦断面図。
【図５】 ストレインゲージ層の固有抵抗の関数として
ゲージファクタｙがどの様に変化するかを示したグラフ
図。
ゲージファクタｙがどの様に変化するかを示したグラフ
図。
【図６】 ストレインゲージ層の固有抵抗の関数として
抵抗値の温度係数がどの様に変化するかを示したグラフ
図。
抵抗値の温度係数がどの様に変化するかを示したグラフ
図。
【図７】 ストレインゲージ層の固有抵抗の関数として
初日のドリフトがどの様に変化するかを示したグラフ
図。
初日のドリフトがどの様に変化するかを示したグラフ
図。
【図８】 熱処理前（曲線Ｉ）及び熱処理後（曲線Ｉ
Ｉ）のトランスデューサのドリフトを時間の関数として
示したグラフ図。
Ｉ）のトランスデューサのドリフトを時間の関数として
示したグラフ図。
１ タンタルターゲット ２ 室 ３，４，５ 導管 ６ 基板 ７ 支持体 ８ ポンプ ９ マスク ２０ セル ２２ 空洞 ２４ ストレインゲージ層 ２６ 本体 ２８ ノーズ物体 ３０ 内部空洞 ３２ 接続用ケーブル ３４ フィードスルーコネクタ ３６ 軸方向通路 ３８ メンブレン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｌ 9/04 7269−2Ｆ (72)発明者 エリク ボンニ フランス国， 86300 ショビニ， リュ デュ グルラン， 20 (72)発明者 ファデル レズギ フランス国， 75014 パリ， ブルバー ル デュ モンパルナス， 130
Claims (13)
- 【請求項１】 タンタル及びＴａＮを有する窒化タンタ
ルをベースとしており且つ４００μΩ・ｃｍと１，００
０μΩ・ｃｍとの間の固有抵抗を持ったサーメットを有
することを特徴とする薄いストレインゲージ層。 - 【請求項２】 請求項１において、５００μΩ・ｃｍ乃
至６００μΩ・ｃｍの間の固有抵抗を有することを特徴
とする薄いストレインゲージ層。 - 【請求項３】 請求項１において、５５０μΩ・ｃｍの
程度の固有抵抗を有することを特徴とする薄いストレイ
ンゲージ層。 - 【請求項４】 請求項１において、０．０３乃至０．５
μｍの厚さを有することを特徴とする薄いストレインゲ
ージ層。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のうちの何れか１項にお
いて、前記サーメットの窒化タンタルがほぼＴａＮのみ
によって構成されていることを特徴とする薄いストレイ
ンゲージ層。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のうちの何れか１項にお
いて、窒化タンタルＴａＮがδ構造を有することを特徴
とする薄いストレインゲージ層。 - 【請求項７】 請求項１乃至６の何れか１項に基づいて
薄いストレインゲージ層を製造する方法において、 （ａ）不活性ガスと窒素及びできれば酸素からなる混合
物により形成される雰囲気中においてタンタルターゲッ
トから反応性付着により絶縁性基板上に窒化タンタル相
を有する薄いタンタル層を形成し、 （ｂ）その様にして得られた前記薄い層を３００乃至６
００℃の範囲内の温度で熱処理させる、上記各ステップ
を有することを特徴とする方法。 - 【請求項８】 請求項７において、熱処理（ｂ）が二つ
のステージで実施され、その中で最初のステージが空気
中であり且つ２番目のステージが真空中であることを特
徴とする方法。 - 【請求項９】 測定されるべき圧力に露呈されるセル上
に配設した少なくとも１個の薄いストレインゲージ層を
有する圧力トランスデューサにおいて、前記層がタンタ
ル及びＴａＮを有する窒化タンタルをベースとしており
且つ４００乃至１，０００μΩ・ｃｍの電気的固有抵抗
を有するサーメットにより形成されていることを特徴と
するトランスデューサ。 - 【請求項１０】 請求項９において、前記窒化タンタル
ＴａＮがδ構造を有することを特徴とするトランスデュ
ーサ。 - 【請求項１１】 請求項９又は１０において、前記サー
メットの窒化タンタルがほぼＴａＮのみにより形成され
ていることを特徴とするトランスデューサ。 - 【請求項１２】 請求項９乃至１１のうちの何れか１項
において、前記セルがサファイヤから構成されているこ
とを特徴とするトランスデューサ。 - 【請求項１３】 請求項９乃至１２のうちの何れか１項
において、前記薄いストレインゲージ層が０．０３乃至
０．５μｍの範囲内の厚さであることを特徴とするトラ
ンスデューサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9109480 | 1991-07-26 | ||
| FR9109480A FR2679651B1 (fr) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | Couche mince extensometrique en cermet a base de tantale et de nitrate de tantale, son procede de preparation et son utilisation dans un capteur de pression. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06212402A true JPH06212402A (ja) | 1994-08-02 |
Family
ID=9415570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4198003A Pending JPH06212402A (ja) | 1991-07-26 | 1992-07-24 | 薄いストレインゲージ層、その製造方法及びその圧力トランスデューサにおける使用 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0526290B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06212402A (ja) |
| AU (1) | AU647292B2 (ja) |
| DE (1) | DE69204936T2 (ja) |
| FR (1) | FR2679651B1 (ja) |
| ID (1) | ID838B (ja) |
| NO (1) | NO303412B1 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6484585B1 (en) | 1995-02-28 | 2002-11-26 | Rosemount Inc. | Pressure sensor for a pressure transmitter |
| US6508129B1 (en) | 2000-01-06 | 2003-01-21 | Rosemount Inc. | Pressure sensor capsule with improved isolation |
| US6520020B1 (en) | 2000-01-06 | 2003-02-18 | Rosemount Inc. | Method and apparatus for a direct bonded isolated pressure sensor |
| US6505516B1 (en) | 2000-01-06 | 2003-01-14 | Rosemount Inc. | Capacitive pressure sensing with moving dielectric |
| US6516671B2 (en) | 2000-01-06 | 2003-02-11 | Rosemount Inc. | Grain growth of electrical interconnection for microelectromechanical systems (MEMS) |
| US6561038B2 (en) | 2000-01-06 | 2003-05-13 | Rosemount Inc. | Sensor with fluid isolation barrier |
| JP3932302B2 (ja) * | 2000-12-27 | 2007-06-20 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 圧力センサ |
| US6848316B2 (en) | 2002-05-08 | 2005-02-01 | Rosemount Inc. | Pressure sensor assembly |
| AT8066U1 (de) * | 2005-04-28 | 2006-01-15 | Plansee Ag | Verfahren zur herstellung einer tanx schicht |
| EP1783782A1 (en) | 2005-11-02 | 2007-05-09 | Services Petroliers Schlumberger | High impedance thin film for strain gauge application |
| DE102013007644B4 (de) | 2013-05-06 | 2017-09-21 | Hochschule Für Technik Und Wirtschaft Des Saarlandes | Anordnung zur Messung einer Dehnung, eines Druckes oder einer Kraft mit einer Widerstandsschicht |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE634012A (ja) * | 1961-10-03 | |||
| JPS54134461A (en) * | 1978-04-11 | 1979-10-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Thin film strain gauge |
| US4325048A (en) * | 1980-02-29 | 1982-04-13 | Gould Inc. | Deformable flexure element for strain gage transducer and method of manufacture |
| FR2638524B1 (fr) * | 1988-10-27 | 1994-10-28 | Schlumberger Prospection | Capteur de pression utilisable dans les puits de petrole |
-
1991
- 1991-07-26 FR FR9109480A patent/FR2679651B1/fr not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-07-09 DE DE69204936T patent/DE69204936T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-07-09 EP EP92401977A patent/EP0526290B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1992-07-24 JP JP4198003A patent/JPH06212402A/ja active Pending
- 1992-07-24 AU AU20509/92A patent/AU647292B2/en not_active Ceased
- 1992-07-24 NO NO922943A patent/NO303412B1/no not_active IP Right Cessation
- 1992-07-25 ID IDP383392A patent/ID838B/id unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO922943L (no) | 1993-01-27 |
| AU647292B2 (en) | 1994-03-17 |
| ID838B (id) | 1996-07-29 |
| EP0526290A1 (fr) | 1993-02-03 |
| DE69204936T2 (de) | 1996-05-15 |
| DE69204936D1 (de) | 1995-10-26 |
| NO303412B1 (no) | 1998-07-06 |
| FR2679651A1 (fr) | 1993-01-29 |
| AU2050992A (en) | 1993-01-28 |
| FR2679651B1 (fr) | 1993-11-12 |
| EP0526290B1 (fr) | 1995-09-20 |
| NO922943D0 (no) | 1992-07-24 |
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