JPH01109232A - 微小差圧変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）　　技術分野 本発明は、微小差圧変換器に関し、より詳細には、２つ
の圧力導入路を介してそれぞれ導入される２系統の被測
定流体の微小な圧力差を検出して電気量に変換する微小
差圧変換器に関するものである。

（ｂ）　　従来技術 差圧変換器において、２系統の被測定流体の圧力を受け
る一対のダイヤフラム（またはベローズ）内に配設され
、該２系統の圧力差に応じた変形をする起歪部の形式に
は、大別してダイヤフラムタイプと両端支持梁タイプと
片持支持梁タイプ等がある。

第４図は、従来の差圧変換器の構成を示す断面図である
。

同図において、５１はケーシングで、その内部には略円
柱状の空間が形成され、その受感軸方向（図においては
左右方向）両端部には、被測定対象物に連結される圧力
導入部５２．５３が突設され、その中心部には空間と連
通ずる圧力導入路５４．５５が形成されている。この空
間内の圧力等入路５４．５５の近傍には、受感軸方向に
略直交するように互いに略平行な１対のダイヤフラム５
６．５７が気密状態で張設されている。

このように、２つのダイヤフラム５６，５７とケーシン
グ５１の内壁とで囲まれた部分は、外気と完全に遮断さ
れた密閉室となっている。この密閉室は、ベローズ５８
とこのベローズ５８の端面部を閉塞する受圧板５９と上
記ベローズ５８の他端を封止状態でケーシング１の内壁
に固定するベローズ取付板６０とにより、容積的に２分
割されている。そして、上記受圧板５９には力伝達棒６
１を介して起歪ダイヤフラム６２が連結されている。こ
の起歪ダイヤフラム６２の両面側周縁部には、ひずみゲ
ージＳＧが図示の場合少なくとも４枚接着されている。

ここで、ベローズ５８、受圧板５９等によって区分され
る左側の密閉室を第１密閉室６３、右側のそれを第２密
閉室６４と称することとする。これら、第１および第２
密閉室６３および６４内には、圧力伝達用の液体が封入
されている。

このように構成された従来の差圧変換器の動作について
説明する。

第４図の左および右方向からそれぞれ第１の被測定流体
および第２の被測定流体が導入され、それぞれの被測定
圧力Ｐ、およびＰ２が矢印に示す如くダイヤフラム５６
および５７に印加されると、それぞれのダイヤフラム５
６および５７は、被測定圧力Ｐ４およびＰ２　に応じて
撓む（変形する。）すると第１および第２の密閉室６３
および６４の内部の圧力が変化し、受圧板５９は圧力の
高い側から低い側へと移動し両密閉室６３および６４の
圧力が平衡した位置で停止する。この受圧板５９の移動
（変位）に伴って起歪ダイヤフラム６２が撓み、その両
面側に添着されたひずみゲージＳＧも伸びあるいは縮む
、これら複数のひずみゲージＳＧをもってホイートスト
ンブリッジ（図示せず）が組まれており、そのブリッジ
出力端から、第１゜第２測定流体の圧力差（Ｐ、−Ｐ、
）に対応する電気信号を得るようになっている。

しかしながら、このように構成され且つ動作する従来の
差圧変換器には１次のような欠点がある。

第１に、２分割された２つの密閉室（第１．第２密閉室
）６３．６４の容積は、同一になるように設計されるが
、加工誤差や組立誤差により現実的に厳密に同一容積に
することができないため、温度変化が生じた場合、温度
による膨張、収縮により受圧板５９が変位し、これが圧
力測定値に混入し、大きな誤差を与えるという欠点があ
る。

第２に、仮に、上記第１．第２密閉室６３゜６４間に容
積差がないような製品が偶然に得られたとしても、２つ
の密閉室６３．６４に充填されている圧力伝達用液体（
一般にはオイル）の中に、気泡が混入する可能性が高く
、しかもその気泡の量、即ち空気含有量は、両密閉室６
３．６４に等量とはならず、従って、両密閉室６３．６
４中の各液体の熱膨張率が異なる結果となり、やはり、
第１．第２密閉室６３．６４間に差圧力が発生し、これ
が測定値に混入し誤差を与えるという欠点がある。

上記、第１および第２の欠点があるということは、特に
微小差圧を測定する場合に大きな問題となる。

第３に、上記第１．第２の欠点を解決すべく、温度補償
を施すには、多大な費用と工数がかかり、製品価格が大
幅に上昇するという問題があるほか、必らずしも充分な
温度補償をなし得ないという問題がある。

即ち、一般にひずみゲージは、１枚ごとに抵抗温度係数
が異なり、ホイートストンブリッジを構成した場合、そ
のアンバランスによって熱出力を発生するが、これを補
償するため、ブリッジ辺に適宜な抵抗温度係数を持つ補
償抵抗を挿入することが行われる。しかしながら、この
補償は、ひずみゲージと補償抵抗との間に温度勾配が生
じない場合に限って有効であるに過ぎない。

ところが、差圧変換器においては、上述したひずみゲー
ジの抵抗温度係数のアンバランスによる熱出力の他に、
既述したように第１．第２密閉室６３．６４間に容積差
や、充填される液体に気泡が含まれるなど構造的な理由
による熱出力が生じる。前者の熱出力は、予め実験で知
り得るものであるが、後者のものは、変換器を組み立て
、圧力伝達液を封入した後でないとわからない性質のも
のであるので、補償抵抗はひずみゲージと同じ温度影響
部とみなし得る密閉室６７．６８内で行うことができな
い、つまり、補償は、外部に付設される端子箱（図示せ
ず）内で行うことになる。

しかしながら、差圧変換器の実際の使用状況とじては、
被測定流体の温度と周囲温度とは異なっている場合が殆
んどであり、しかもその温度差は個々の場合においてま
ちまちである。従って、ひずみゲージと補償抵抗との間
に温度勾配ができて補償ができなくなるのである。

第４に、起歪部として、従来は、ダイヤフラム、−文字
ビーム、十文字ビーム、片持ビーム等を採用しているが
、このような起歪部において、微小差圧を検出し得るも
のを製作することは極めて困難で、仮に製作し得たとし
ても非常にコストの高いものとなってしまうという欠点
がある。

この欠点を第５図（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を参照し
てさらに詳しく説明する。

第５図（Ａ）および（Ｂ）は、従来のダイヤフラム型荷
重変換器の要部構成を示す平面図および同図（Ａ）のＸ
−Ｘ線断面図、同図（Ｃ）は、同従来例の曲げ応力分布
図である。荷重変換器は、その原理において、圧力変換
器と共通性があるので。

以下荷重変換器を例として説明する。

これらの図において、変換器本体７１は弾性を有する厚
肉円筒状をなす外殻部７２と、この外殻部７２の中心部
の被測定荷重を導入する小径で厚肉円柱状をなす荷重塵
７３と、この荷重塵７３の外周と外殻部７２の内周との
間にそれぞれの面が直交するようにして薄肉のダイヤフ
ラムよりなる起歪部７４が連接されている。而して、こ
の荷重変換器は、起歪部７４上における荷重塵７３の外
周に近い部位と外殻部７２内周に近い部位に、ひずみゲ
ージＳＧがそれ−ぞれ４枚ずつ、該起歪部７４の曲げひ
ずみ（応力）を検出し得るようにその受感方向が定めら
れて接着、その他の手段により添着された構成となって
いる。

しかしながら、この形式の荷重変換器は１次のような欠
点を有している。

即ち、まず第１に、ダイヤフラム式荷重変換器において
低容量のものを製作しようとした場合、起歪部７４の肉
厚を非常に薄くしなければならない。ところが、切削加
工によって肉厚を薄くすることは非常に困難で、薄くす
るにも自ずと限界（現状０．２　ｗｍ程度が限界とされ
ている）があり且つその場合コストが極端に高くなる。

一方、゛肉厚をある程度以下に出来ないという制約があ
ることから肉厚はある程度までにして、より低容量のも
のにするには、外殻部７２の内径を大きくして薄肉部（
ダイヤフラム）の曲げ剛性を小さくすればよいのである
が、このようにした場合には、次に述べる問題が派生す
る６ 即ち、起歪部７４の外径が大きくなるからそれに伴って
必然的に変換器本体７１の外径が大きくなり、従って小
型の荷重変換器は事実上製作不可能となると共に、曲げ
剛性を小さくする分、応答周波数の低下は不可避である
。このために動荷重は測定できないという問題が生じて
しまう、また、構造的に薄肉加工に限界を伴うから、結
局、小型で且つ低容量の荷重変換器は現実には製作でき
ないという問題がある。

第２に、第５図（Ｃ）の応力分布図に示すように、起歪
部７４の直径方向の応力分布変化が急激であり、しかも
最大応力の発生する位置にひずみゲージを添着すること
ができないから、ひずみ検出効率が悪い上、応力変化が
急激に低下するから、ひずみゲージ全体としての平均検
出感度は低下する。即ち、ひずみ検出効率およびひずみ
検出感度が低いという欠点を有している。

第３に、上述したようにひずみ検出効率が低くても所要
のひずみ検出出力を出力させる必要があるため、起歪部
（ダイヤフラム）７４には非常に大きな応力が実質的に
発生する。そのため、疲労寿命が短縮化し、換言すれば
、耐久性の悪化、過負荷許容範囲の狭小化を招き、さら
に荷重−ひずみ特性が悪くなり、従って精度のよい荷重
変換器を得られないという欠点がある。

一方、起歪部として、上述したようなダイヤフラムでな
く１例えば十文字状ビームとした場合には、ダイヤプラ
ム型と比較して起歪部の肉厚を多少厚くできる利点があ
るだけで、直径方向の応力分布は、ダイヤフラム型の応
力分布と殆ど同一であり、ダイヤフラム型荷重変換器の
もつ、ひずみ検出効率およびひずみ検出感度が低い、耐
久性が悪い、過負荷許容範囲が狭い、荷重−ひずみ特性
が悪い等の欠点を有している。

（ｃ）　　目的 本発明は、上記従来技術に存する問題点に鑑みなされた
もので、その目的とするところは、製作が容易で且つ従
来不可能とされていた超低容量。

超小型、低価格で、差圧検出感度・検出効率が高く、圧
力−ひすみ特性が良好で、精度が高く、しかも耐久性の
ある微小差圧変換器を提供することにある。

（ｄ）　　構成 本発明は、上述の目的を達成させるため、２つの圧力導
入路を介してそれぞれ導入される２系統の被測定流体の
圧力差を検出して電気量に変換する差圧変換器において
、内部に空間を有すると共に該空間と連通ずるようにし
てそれぞれ外方に延びる上記２つの圧力導入路を有する
ケーシング部材と、前記空間内における前記圧力導入路
内端近傍に所定の間隔を存して対峙するようにそれぞれ
張設され内部に密封室を形成する一対のダイヤフラムま
たはベローズ等の可撓性を有する封止膜と。

これら一対の封止膜にそれぞれ連結され互いに略平行を
なす一対の剛性大なる支承部材と、この−対の支承部材
の略中間部に臨む前記ケーシング部材と一体または一体
的に連接された固定基部と、この固定基部の中心部から
離れた部位に穿設された孔を緩く貫通するようにして設
けられ前記一対の支承部材同士を互いに連結する剛性大
なる連結部材と、弾性を有する厚肉中空円筒の軸方向中
央部に幅狭で一定の深さの周回溝を削成することによっ
て軸方向中央部に薄肉円筒部が形成されると共にこの薄
肉円筒部の両側の厚肉円筒部の各外端から各内端に至る
前記中心軸に沿う第１のスリットを形成することによっ
て厚肉円弧板部が前記薄肉円筒部の両側に各一対形成さ
れ、さらに両側の第１のスリットに挟まれた領域の一対
の前記薄肉円筒部のうち一方の該薄肉円筒部に一端から
他端に達する前記中心軸に沿う第２のスリットを形成す
ることによって離間部が形成され、前記厚肉円弧板部の
少なくとも一方の外面を前記中心軸に沿って削成するこ
とによって平面部が形成されてなる２つの変換器本体と
、この２つの変換器本体のそれぞれの前記平面部を前記
固定基部の一面側および他面側に当接し且つそれぞれの
前記第２のスリフトが前記中心軸と直交する受感軸を中
心として互いに１８０°ずれた状態で前記２つの変換器
本体を前記密閉室内の前記固定基部にそれぞれ固定する
取付部材とを具備し、前記固定基部に固定されていない
側の前記２つの変換器本体の前記厚肉円弧板部が前記一
対の支承部材とそれぞれ当接され、前記両圧力導入部か
ら導入された被測定流体の圧力差に対応した電気信号を
、前記変換器本体の前記薄肉円筒部における起歪部に添
着されたひずみゲージにより得るように構成したことを
特徴とするものである。

先ず、本発明の詳細な説明するに先立って１本出願人が
先に特願昭６１−１８６３９９号として特許出願を行っ
たひずみゲージ式物理量−電気量変換器の発明（以下１
先願発明」という）が本願発明の主要部をなすものであ
るため、この先願発明について説明する。

第３図（Ａ）〜（Ｄ）は、いずれも上記先願発明に係る
もので、このうち同図（Ａ）は、曲げ型荷重変換器の全
体構成を示す正面図、同図（Ｂ）は、変換器本体の構成
を示す側面図、同図（Ｃ）は、同図（Ｂ）のＹ−Ｙ線断
面図、同図（Ｄ）は、同実施例における起歪部の応力分
布図である。

第３図（Ａ）および（Ｂ）において、１０は全体形状が
略中空円筒状を呈する変換器本体であり、次のようにし
て形成される。即ち、弾性を有する材料、例えばニッケ
ルークロム鋼、ニッケルークロム−モリブデン鋼、ベリ
リウム−銅合金、アルミニウム合金、アンバ（商品名）
等のうち、使用目的に適った材料を用いて厚肉中空円筒
を形成する。この厚肉中空円筒の中心軸０−ｏ方向中央
部外周に幅狭（例えば４ｍの幅）で一定の深さ（例えば
２■の深さ）の周回溝１１を例えば旋盤を用いて削成す
る。この結果、軸方向中央部に薄肉円筒部１２が形成さ
れると共に、この薄肉円筒部１２の両側、つまり第３図
（Ｂ）において左右両側に厚肉円筒部が形成されること
になる。

次いで、両側の上記各厚肉円筒部の各外端から各内端に
至る中心軸Ｏ−０に沿う一定幅（この例の場合、４■の
幅）のスリット（摺割り）１３ａ。

１３ｂを例えばフライス盤を用いて削成する。この結果
、各側の厚肉円筒部がスリット１３ａ。

１３ｂによってそれぞれ２分割されて、上記薄肉円筒部
１２の両側に各１対の厚肉円弧板部１４ａ。

１４ｂと、１４ｃ　、１４ｄが形成されることになる。

尚、薄肉円筒部１２の内周面は、リーマ等を用いて平滑
に仕上げることが望ましい。

このようにして形成された変換器本体１０のうち、両側
のスリット１３ａと１３ｂとによって挟まれた領域の薄
肉円筒部１２が起歪部１５とされている。

また、中心軸Ｏを中心として起歪部１５から９０”ずれ
た角度位置における上記両側の厚肉円弧板部１４ａおよ
び１４ｃが、荷重導入部１６とされ、この荷重導入部１
６から１８０°ずれた角度位置における厚肉円弧板部１
４ｂおよび１４ｄが荷重支承部１７とされている。第３
図（Ａ）〜（Ｃ）においては、荷重導入部１６を上部に
、荷重支承部１７を下部に配置した例を示しであるが、
必らずしもこのような姿勢（配置）で用いなければなら
ないわけではなく、例えば横方向（水平方向）荷重を検
出しようとする場合には、第３図（Ａ）の状態から９０
＠倒した姿勢で配置されることになる。

上記起歪部１５の内周側および外周側には、起歪部１５
の曲げひずみを検出し得るように、その受感軸方向が設
定された複数のひずみゲージＳＧが接着、蒸着、スパッ
タリング、溶着その他の適宜な手段により添着されてい
る。このようにして添着された複数枚（この例の場合４
枚）のひずみゲージＳＧでホイートストンブリッジ（図
示省略）が形成される。

尚、厚内円弧板部１４ａ　、１４ｃにおける荷重導入部
１６と路線接触状態で当接しているのは。

荷重の印加を受ける荷重座１８であり、同様に厚肉円弧
板部１４ｂ、１４ｄにおける荷重支承部１７と路線接触
状態で当接しているのは、不動部に配設された荷重支承
部１９である。

而して、図示は省略したが、変換器本体１０は、特にひ
ずみゲージＳＧの吸湿による酸化、絶縁抵抗の低下を防
ぐため、変換器ケースに収納され、一般に外気を遮断す
るためのシーリング手段が施される。尚、図中、符号Ω
を付した部材は、ひずみゲージＳＧのゲージタブに接続
されたゲージリードである。

次に、上述のように構成された先願発明に係る実施例の
作用につき説明する。

変換器本体１０の荷重導入部１６に荷重座１８を介して
その荷重軸Ｎ−Ｎ方向に、例えば圧縮荷重が印加される
と、変換器本体１０のうち、起歪部１５以外の部分は、
起歪部１５に比較して厚肉とされて剛性が充分高く設定
されているため、殆どひずみ（変形）を生ずることなく
、薄肉円筒部１２の起歪部１５が弾性変形（曲率が変化
）してひずみが発生する。その結果、上記圧縮荷重によ
って起歪部１５に印加荷重に比例した曲げモーメントが
作用し、曲げ応力が発生する。

変換器本体１０の荷重導入部１６に荷重Ｗが作用したと
きの曲げモーメントＭｂは、起歪部１５（薄肉円筒部１
２）の外径をり、内径をｄとすれば、次式で与えられる
。

Ｍｂ　＝Ｗ　（Ｄ＋ｄ）／８　　　　　　　・・・・・
・（１）従って曲げ応力δｂは、次の（２）式で与えら
れる。

ａｂ　＝＋＋３Ｗ　（Ｄ＋ｄ）／４ｂ−ｔ”　　　−・
・・−・（２）ここで、ｂは、起歪部１５の幅、ｔは、
起歪部１５の肉厚である。

上記先願発明に係る実施例の起歪部１５における円周方
向の曲げ応力分布は、第３図（Ｄ）に示す通り非常に緩
やかな曲線状を呈している。この図から分るように、曲
げ応力の最大εｂｏｒａｘと、最小εｂ■ｉｎの差は、
非常に小さく、ひずみゲージの検出範囲からみれば、無
視できる程度である。従って、既述したダイヤフラム型
やクロスビーム型の変換器のように、ひずみゲージＳＧ
の検出範囲での応力の急峻な変化はないから、ひずみゲ
ージＳＧに局部的な高ひずみが発生することがないので
、検出ひずみレベルが高く、平均した高感度のひずみ検
出ができる。既述したように、ダイヤフラム型、クロス
ビーム型の応力分布は、起歪部のひずみ検出範囲外のと
ころに非常に高い応力が発生するから、変換器の機械的
強度を考慮すると、高応力の部位の応力を低下させると
、当然にひずみ検出範囲のひずみレベルも低下する。こ
れに対し、上記実施例の荷重変換器における起歪部１５
の最大応力は、起歪部１５のひずみ検出範囲の中心にあ
り、しかもひずみ検出範囲のひずみレベルは、略一定と
考えてよいから、高感度のひずみ検出ができ、起歪部１
５の他の部位は応力レベルが低いから繰返し荷重に対し
ても充分耐久性のある高感度で、精度のよい荷重変換器
を得ることができる。

吹に、上記先願発明によって、如何に変換器の小型化、
低容量化が実現できるかについて説明する。

即ち、先願発明による変換器は、厚肉中空円筒に周回溝
１１と、スリット１３ａ、１３ｂを加工するだけでよい
から、中空円筒を小さく、且つその起歪部１５を形成す
る薄肉円筒部１２の軸方向長さを短くすることにより、
容易に小型で低容量の変換器を製作できる。つまり、従
来のダイヤフラム型やクロスビーム型の荷重変換器の大
きさと対比した場合には、超小型といえる捏水型化でき
る。

また、荷重容量の低容量化についても、周回溝１１の加
工時の切込み量を深くして、溝幅すを狭くすればよい。

而して、上記製作要領によれば、安価にしかも容易に、
小型、低容量の荷重変換器を提供することができる。

また、応答周波数について述べると、従来のダイヤプラ
ム型、クロスビーム型は、既述したように容量を低くす
るには、その構造上、曲げ剛性を低下させるという手段
を採らざるを得す、そのため必然的に応答周波数が低下
したが、本実施例によれば、容易に高い応答周波数で低
容量の荷重変換器が得られる。

ところで、上述のように構成され且つ作用する先願発明
においても、低容量化が可能であるものの、例えば、数
ｇの荷重あるいは０．０１　　ｋｇ／ａ＃オーダーの圧
力を検出できる荷重変換器あるいは圧力変換器（微小差
圧変換器）を製作することは極めて困難乃至は不可能で
あり、コストが著しく嵩む要因をなしていた。例えば、
上記先願発明に係るものは、起歪部の厚みをダイヤフラ
ム型のものより肉薄（例えば０．１　鵬程度）に旋削可
能であるが、その旋削作業は容易ではなく、熟練作業者
であっても不良品を出す虞れがあり、コスト的に著しく
不利を伴うものである。また、低容量化のために上記起
歪部１５の幅すを小さくするにしても、そこに添着する
ひずみゲージＳＯの大きさに制約があるので、この面で
も限界がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであ
り、以下に、全体の構成については、第１図を参照し、
要部である変換器本体の構成については、第２図（Ａ）
、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）および（Ｅ）を参照しつつ詳
しく説明する。

先ず、第１図において、１は、全体形状が厚肉円筒状を
呈するケーシング部材であり、その内部には円柱状の空
間１ａが形成され、その受感軸方向（この図の場合、左
右方向）両端部には、被測定対象物（例えば圧力タンク
等）に連結される圧力導入部１ｂ　、ｌｃがそれぞれ突
設され、その中心部（受感軸と略一致する部位）には空
間１ａと連通ずる圧力導入路１ｄ　　、ｌｅがそれぞれ
形成されて−いる。この空間ｌｃ内の圧力導入路１ｄ　
、ｌｅの各近傍には、受感軸方向に略直交し且つ所定の
間隔を存して対峙するように１対の可撓性のある封止膜
、この例の場合１対のダイヤフラム２ａ　。

２ｂがその周縁部２ｃ　、２ｄをケーシング１の空間１
ａ内壁に例えば溶接等の手段により気密状に固着された
状態で張設されている。

このように、空間１ａのうち、２つのダイヤフラム２ａ
　、２ｂとケーシング部材１の内壁とで囲まれた領域は
、外気と完全に遮断された密封室１ｆとなっている。

上記１対のダイヤフラム２ａ　、２ｂの内方近傍には、
該ダイヤフラム２ａ　、２ｂと略平行をなすように、一
対の剛性大なる板状の支承部材３ａ　。

３ｂが、連結軸４ａ　、４ｂを介してダイヤフラム２ａ
　、２ｂに連結されている。これら一対の支承部材３ａ
　、３ｂが配設された中間部を横切るようにケーシング
部材１の空間１ａ内壁に一体または一体的に連接された
板状の固定基部５が配設されている。この固定基部５に
は、中心部位に１つの貫通孔５ａが、中心から離れた部
位に２つの貫通孔５ｂがそれぞれ穿設されている。この
固定基部５の上記２つの貫通孔５ｂには、剛性大なる連
結部材としての連結ロッド６が緩く挿通されており、そ
の連結ロッド６は、各端部が、上記１対の支承部材３ａ
　、３ｂに強固に固着され、一対の支承部材３ａ　、３
ｂ同士を互いに連結している。

而して、固定基部５両端側には、後に詳しく説明するが
、変換器本体２０および３０が、上記貫通孔５ａに挿通
された取付部材としてのねじ２９によって固定されてい
る。変換器本体２０および３０の他部は、後に詳しく説
明するが、１対の支承部材３ａおよび３ｂに、当接され
た状態で連結軸４ａおよび４ｂに形成されたねじ部によ
って一体的に連結されている。

二二で、変換器本体２０および３０のさらに詳しい構成
について、第２図（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明する。

第２図（Ａ）は、第１図に示す実施例中に用いられてい
る曲げ型の変換器変体の構成を示す正面図、同図（Ｂ）
は、同じく側面図、同図（Ｃ）は、同図（Ｂ）を一部省
略して示すＱ−Ｑ線断面図、同図（Ｄ）および（Ｅ）は
、それぞれ同実施例における起歪部の応力分布図である
。

第２図（Ａ）および（Ｂ）において、２０および３０は
、先願発明に係る変換器本体１０とその材質、基本的な
構成は共通している。即ち、周回溝２１および３１、一
対の第１のスリット２３ａ。

２３ｂおよび３３ａ　、３３ｂ　、２対の厚肉円弧板部
２４ａ〜２４ｄおよび３４ａ〜３４ｄ等は、第３図（Ａ
）、（Ｂ）において説明した同一名称のものとほぼ同様
であるので、その説明は省略し、先願の変換器と相違す
る部材または部分について説明する。２２および３２は
、薄肉円筒部であるが、第２のスリット２２ａおよび３
２ａが形成されて断面略Ｃ字状および断面略逆Ｃ字状を
呈しているため、厳密には薄肉切欠円筒部と称するべき
ものである。そして、上記第２のスリット２２ａおよび
３２ａは、両側の第１のスリット２３ａおよび３３ａと
２３ｂおよび３３ｂとに挟まれた領域の一対の前記薄肉
円筒部２２および３２のうち一方の薄肉円筒部２２およ
び３２に一端から他端にかけて中心軸０．および０２に
沿って削成されており、その結果離間部が形成されてい
る。従って、ひずみゲージＳＧは、第３図（Ａ）、（Ｂ
）の例の場合と異なり、離間部（即ちスリット２２ａお
よび３２ａ）が形成されていない側の起歪部２５および
３５の内周側および外周側に添着されている。

本変換器の場合、一方の力導入部１６は、上側の変換器
本体２０の厚肉円弧板部２４ａ　、２４ｃの頭頂部（即
ち、中心軸０．を中心として起歪部２５から９０°ずれ
た角度位置における厚肉円弧板部２４ａ　、２４ｃの部
分）に設定され、他方の力導入部１７は、下側の変換器
本体３０の厚肉円弧板部３４ｂ　、３４ｄの下側に凸の
頭頂部に設定される。

そして、変換器本体２０および３０の他方の厚肉円弧板
部２４ｂ　、２４ｄおよび３４ａ　、３４ｃは、中心軸
０１およびｏ２にそれぞれ沿う平面状に削成されて平面
部２４ｅおよび３４ｅが形成されている。

２つの変換器本体２０および３０は、上記平面部２４ａ
および３４ｅは、上記固定基部５の両面に当接され且つ
それぞれの第２のスリット２２ａおよび３２ａが中心軸
０□および０□と直交する受感軸Ｐ−Ｐを中心として互
いに１８０°ずれた関係になるようにして固定基部５を
間に挟んで重ね合わされた状態で、取付部材によって一
体的に連結されている。即ち、この取付部材は、半円柱
状座金２８に挿通された皿ねじ２９を薄肉円筒部２２お
よび３２に穿設された通し孔に挿通し、半円柱状ナツト
３８と螺合することにより上記２つの厚肉円弧板部２４
ｂ　、２４ｄおよび３４ａ。

３４ｃを固定基部５に一体的に連結する機能を果す。

尚、支承部材３ａには、上述したように連結軸４ａに形
成された雄ねじが半円柱状ナツト２７に螺合されること
により変換器本体２０が連結されている。また、支承部
材３ｂにも連結軸４ｂに形成された雄ねじが半円柱状ナ
ツト３７に螺合されることにより変換器本体３０が連結
されている。

次に、上述のように構成された実施例の作用につき説明
する。

第１図の左および右方向の圧力導入路から第１の測定流
体および第２の被測定流体が導入され。

それぞれ２系統の被測定圧力Ｐ２およびＰ２が矢印に示
す如くダイヤフラム２ａおよび２ｂに印加されると、そ
れぞれのダイヤフラム２ａおよび２ｂは、被測定圧力Ｐ
□およびＰ２の圧力差により、つまり圧力の高い側から
低い側へ膨出するように撓み、圧力が平衡した位置で安
定する。

すると、このダイヤフラム２ａおよび２ｂに連結軸４ａ
および４ｂを介して連結された支承部材３ａおよび３ｂ
も連結ロッド６と共に、圧力の高い側から低い側へと移
動（変位）する、この支承部材３ａおよび３ｂの移動（
変位）に伴って変換器本体２０および３０の起歪部２５
および３０が撓み、その両面側に添着されたひずみゲー
ジＳＧも伸びあるいは縮む、これら複数のひずみゲージ
をもってホイートストンブリッジ回路が組まれており、
そのブリッジ出力端から、第１．第２測定流体の圧力差
（Ｉｐｌ−ｐっ　Ｉ）に対応する電気信号を得るように
なっている。

ここで、変換器本体２０および３０の作用につき、第２
図（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、より詳しく説明する。

上部の変換器本体２０および３０の力導入部１６および
１７に支承部材３ａおよび３ｂを介してその受感軸Ｐ−
Ｐ方向に、例えば互いに接近する向きの力が印加される
と、変換器本体２０および３０のうち、起歪部２５およ
び３５以外の部分は、起歪部２５および３５に比較して
厚肉とされ、剛性が高く設定されているため、殆どひず
み（変形）を生ずることなく薄肉円筒部２２および３２
の起歪部２５および３５が弾性変形（曲率が変化）して
ひずみが発生する。その結果、上記圧縮方向の力によっ
て起歪部２５および３５に作用力に比例した曲げモーメ
ントが作用し曲げ応力が生ずる。

特に、本実施例のものは、薄肉円筒部２２および３２の
各−個所が第２のスリット２２ａおよび３２ａによって
切欠かれているので、同一の作用力に対して起歪部２５
および３５により大きな曲げモーメントが作用し曲げ応
力が発生する。

因みに、第３図（Ｂ）、（Ｃ）に示したものと同じ符号
（ＤＩ　ｄｔ　ｂ、ｔ、Ｗ）を用いると１本実施例の変
換器の曲げモーメントＭｂ″および曲げ応力ａｂ′は、
次の（３）、（４）式で与えられる。

Ｍｂ’　＝Ｗ　（Ｄ＋ｄ）／４　　　　　　　　（３）
ａｂ’＝３Ｗ（Ｄ＋ｄ）／２ｂ−ｔ”　　　　（４）上
記（１）式と（３）式、上記（２）式と（４）式とを対
比してみると１本実施例の変換器は、先願発明の変換器
に対し、同じ寸法（外径Ｄ、内径ｄ、幅す、肉厚ｔ）で
も、２倍の出力感度を有することになる。換言すれば、
同じ出力感度であるならば、例えば起歪部２５および３
５の肉厚を厚くすることができるわけであり、旋削加工
が容易となり、ひいては製作コストを大幅に低減化でき
ることになる。

そして、上記実施例のものは、第２のスリット２２ａお
よび３２ａがそれぞれ形成されているので、各変換器本
体２０および３０は、単独では不均衡な変位をするが、
両者を第２図（Ａ）に示すように、受感軸Ｐに対して、
互いに１８０°反対側に配設して一体化されているため
、支承部材３ａ　。

３ｂに受感軸Ｐ方向の圧縮力（引張力でも同じ）が印加
されたとき、力導入部１６および１７は、受感軸ｐ−ｐ
線上に沿って移動する。従って、第２のスリット２２ａ
　、３２ａを設けたことによる差圧測定の精度に悪影響
はない。

そして、上述した第３図に示した先願の変換器の有する
利点は、すべて有している。

また、上記実施例の差圧変換器においては、密閉室ｌｆ
内に充填された圧力伝達用流体中に気泡が混入していて
も、温度変化に伴う膨張、収縮による影響が測定値に及
ばないという利点がある。

即ち、例えば、温度が上り圧力伝達用流体が膨張した場
合につき検討してみると、ダイヤフラム２ａおよび２ｂ
は、それぞれ外方に膨出するように変形しようとするが
、その両者の中心部は、連結軸４ａ、支承部材３ａ、連
結ロッド６、支承部材３ｂおよび連結軸４ｂを順に介し
て剛なる状態で互いに連結されているため、両支承部材
３ａ　。

３ｂ間における間隔は、一応不変とみなすことができる
。万一、連結ロッド６が伸びて支承部材３ａおよび３ｂ
が互いに離間するように僅かに変位したとすると、変換
器本体２０および３０の起歪部２５および３５はその曲
率半径が増大するように変形する。ところが、各起歪部
２５および３５に添着されたひずみゲージＳＧにより、
適宜なホイートストンブリッジを組むことによって両変
換器本体２０および３０が、上述の膨張時のように共に
引張られたとき（収縮時のように共に圧縮されたときも
同様）は、互いに電気的にキャンセルせしめ、一方、差
圧変換器としての作動のように一方の変換器本体（例え
ば２０）が引張られ、他方の変換器本体（例えば３０）
が圧縮されたときは、支承部材３ａおよび３ｂの変位（
移動）に応じた電気信号をホイートストンブリッジの出
力端から取り出すことができる。

因に、このような機能を持たせたホイートストンブリッ
ジの組み方としては、例えば、起歪部２５の外周と起歪
部３５の内周に添着されたひずみゲージをそれぞれブリ
ッジの対辺に接続し、起歪部２５の内周と起歪部３５の
外周に添着されたひずみゲージを上記対辺に隣り合う他
方の対辺にそれぞれ接続すればよい。

尚１本発明は、上述し且つ図面に示した実施例に何ら限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施できるものである。

例えば、被測定流体を受けてこれを力に変換する手段と
して上記実施例においては、ダイヤフラム２ａ　、２ｂ
を用いた例を示したが、これをベローズに代えてもよい
し、さらには、ダイヤフラムとベローズを併用してもよ
い。

また、ケーシング部材１を一個の部材として示したが、
製作上の便宜、コスト上の事情等によって、適宜に分割
した形式のものを製作し、最終的に、溶接（例えばＴＩ
Ｇ溶接、電子ビーム溶接等）によって密に連接するよう
にしてもよい。

また、ひずみゲージは、実施例においては、起歪部１５
および３５の外周面と内周面の両側に添着した例につき
説明したが、起歪部１５および３５の内周面のみ、また
は外周面のみに添着するようにしてもよい。

また、密閉室ｌｆ内に非圧縮性流体を充填した場合につ
いて示したが、耐圧が低いものにあっては、該流体を充
填しなくてもよい。

（ｅ）　　効果 以上詳述したように、本発明によれば、従来不可能とさ
れていた超低容量化、超小型化、低価格化、量産化が実
現でき、差圧検出感度、検出効率が極めて高く、起歪部
のひずみ特性が良好で、特に、空間内に気泡が混入して
いても従来例のような温度影響を受けることがなく、温
度補償も容易で、しかも耐久性があり、微小な圧力差を
高精度に検出し得る微小差圧変換器を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る微小差圧変換器の一実施例の全
体構成を示す断面図、第２図（Ａ）〜（Ｅ）は、いずれ
も本発明に係るもので、このうち第２図（Ａ）は、同実
施例中の要部である変換器本体の部分を詳しく示す正面
図、同図（Ｂ）は、その側面図、同図（Ｃ）は、同図（
Ｂ）のＱ−Ｑ線矢視方向断面図、同図（Ｄ）および（Ｅ
）は、それぞれ同実施例における起歪部の応力分布図、
第３図（Ａ）〜（Ｄ）は、いずれも先願発明に係るもの
で、このうち同図（Ａ）は、曲げ型荷重変換器の一実施
例の全体構成を示す正面図、同図（Ｂ）は、先願発明の
要部である変換器本体の構成を示す側面図、同図（Ｃ）
は、同図（Ｂ）のＹ−Ｙ線矢視方向断面図、同図（Ｄ）
は、同側における起歪部の応力分布図、第４図は、従来
の差圧変換器の一例を示す断面図、第５図（Ａ）および
（Ｂ）は、従来のダイヤフラム型荷重変換器の要部構成
を示す平面図および同図（Ａ）のｘ−Ｘ線矢視方向断面
図、同図（Ｃ）は、同従来例の曲げ応力分布図である。 １・・・・・・ケーシング部材、　　　１ａ・・・・・
・空間、ｌｂ　、ｌｃ・・・・・・圧力導入部。 ｌｄ　、ｌｅ・・・・・・圧力導入路、１ｆ・・・・・
・密閉室、 ２ａ　、２ｂ・・・・・・ダイヤフラム、３ａ　、３ｂ
・・・・・・支承部材、 ４ａ　、４ｂ・・・・・・連結軸。 ５・・・・・・固定基部、 ５ａ　、５ｂ・・・・・・貫通孔。 ６・・・・・・連結ロッド、 １６．１７・・・・・・力感入部。 ２０．３０・・・・・・変換器本体、 ２１．３１・・・・・・周回溝、 ２２．３２・・・・・・薄肉円筒部、 ２２ａ、３２ａ・・・・・・第２のスリット。 ２３ａ　、２３ｂ　、３３ａ　、３３ｂ　−−第１のス
リット、 ２４ａ　〜２４ｄ　、　３４ａ　〜３４ｄ　−−・−厚
肉円弧板部。 ２４ｅ　、３４ａ・・・・・・平面部。 ２５．３５・・・・・・起歪部。 ２７．３７．３８・・・・・・半円柱状ナツト。 ２９・・・・・・ねじ、 ＳＧ・・・・・・ひずみゲージ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの圧力導入路を介してそれぞれ導入される２
   系統の被測定流体の圧力差を検出して電気量に変換する
   差圧変換器において、内部に空間を有すると共に該空間
   と連通するようにしてそれぞれ外方に延びる上記２つの
   圧力導入路を有するケーシング部材と、前記空間内にお
   ける前記圧力導入路内端近傍に所定の間隔を存して対峙
   するようにそれぞれ張設され内部に密封室を形成する一
   対のダイヤフラムまたはベローズ等の可撓性を有する封
   止膜と、これら一対の封止膜にそれぞれ連結され互いに
   略平行をなす一対の剛性大なる支承部材と、この一対の
   支承部材の略中間部に臨む前記ケーシング部材と一体ま
   たは一体的に連接された固定基部と、この固定基部の中
   心部から離れた部位に穿設された孔を緩く貫通するよう
   にして設けられ前記一対の支承部材同士を互いに連結す
   る剛性大なる連結部材と、弾性を有する厚肉中空円筒の
   軸方向中央部に幅狭で一定の深さの周回溝を削成するこ
   とによって軸方向中央部に薄肉円筒部が形成されると共
   にこの薄肉円筒部の両側の厚肉円筒部の各外端から各内
   端に至る前記中心軸に沿う第１のスリットを形成するこ
   とによって厚肉円弧板部が前記薄肉円筒部の両側に各一
   対形成され、さらに両側の第１のスリットに挟まれた領
   域の一対の前記薄肉円筒部のうち一方の該薄肉円筒部に
   一端から他端に達する前記中心軸に沿う第２のスリット
   を形成することによって離間部が形成され、前記厚肉円
   弧板部の少なくとも一方の外面を前記中心軸に沿って削
   成することによって平面部が形成されてなる２つの変換
   器本体と、この２つの変換器本体のそれぞれの前記平面
   部を前記固定基部の一面側および他面側に当接し且つそ
   れぞれの前記第２のスリットが前記中心軸と直交する受
   感軸を中心として互いに１８０゜ずれた状態で前記２つ
   の変換器本体を前記密閉室内の前記固定基部にそれぞれ
   固定する取付部材とを具備し、前記固定基部に固定され
   ていない側の前記２つの変換器本体の前記厚肉円弧板部
   が前記一対の支承部材とそれぞれ当接され、前記両圧力
   導入部から導入された被測定流体の圧力差に対応した電
   気信号を、前記変換器本体の前記薄肉円筒部における起
   歪部に添着されたひずみゲージにより得るように構成し
   たことを特徴とする微小差圧変換器。