JPH0322573B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプロセス変量である２点間の圧力差を
測定する差圧発信器に関するものである。

例えば管内流体の流量を測定しようとする場
合、管内にオリフイス板を設けて流退抵抗とし、
その上流側と下流側との圧力差を測定して所定の
演算式に基づき流量を算定することが行なわれて
いる。この種の圧力差測定に用いられる差圧発信
器は、高圧側と低圧側との受圧ダイヤフラムに各
測定圧力を与え、この圧力による内封液の移動を
封入回路を仕切つて設けた半導体センサの歪によ
り電気的出力として取出すように構成されてい
る。

ところが、この種の差圧発信器においては、プ
ロセスの測定仕様に応じた寸法、強度、材料など
を備えた受圧ダイヤフラムが選定されて用いられ
たとしても、時には過大圧力を受けることがあ
り、この過圧が半導体センサに及んで、これを損
傷させることにより爾後の測定を不可能にするこ
とがある。そこで従来この過大圧力からセンサを
保護するために各種の装置が提案されている。

第１図はこの種の過大圧力保護構造をもつた従
来の差圧発信器の断面図であつて、これを同図に
基いて説明すると、半割状のボデイ１の両側に
は、波形円板状に形成された高圧側のバリアダイ
ヤフラム２と低圧側のバリアダイヤフラム３とが
装着されており、これらのバリアダイヤフラム
２，３には、ボデイ１にボルト締めされた両側の
カバー４とボデイ１との間の孔５，６から流入す
る流体によつて高圧と低圧とがそれぞれ印加され
る。一方、ボデイ１上方のサンサカプセル７内の
センサ室には、図示しない端子と接続された半導
体センサ８が、基板９に接合保持されており、こ
のセンサ８の下側である高圧側８ａと上側である
低圧側８ｂには、液通路１０，１１を介してボデ
イ側の高圧側と低圧側に接続されている。（構造
例としては、特開昭56−87372号公報がある）な
お、このようにセンサ８に高圧側８ａと低圧側８
ｂとがあるのは、この種のセンサには、耐圧力強
度に方向性があるからである。すなわち、センサ
８を基板に接合しているために、反接合方向（上
側から下方へ向かう方向）からの圧力には弱く、
逆に接合方向からの圧力に対しては相対的に破壊
強度が強いからである。符号１２で示すものは波
形円板状に形成されたセンタダイヤフラムであつ
て、半割状ボデイ１の中央接合部に設けた内室を
高圧側内室１３と低圧側内室１４とに隔成するよ
うにボデイ１に固定されており、前記各液通路１
０，１１は内室１３，１４にそれぞれ開口されて
いる。また、前記各バリアダイヤフラム２，３と
ボデイ１との間に形成されたすき間と内室１３，
１４とは、液通路１５，１６によつてそれぞれ連
通されている。そして、バリアダイヤフラム２，
３とボデイ１との間のすき間から液通路１５，１
６、内室１３，１４および液通路１０，１１を経
てセンサ８の高圧側８ａと低圧側８ｂとに至る間
には、シリコンオイル等の内封液１７が封入され
ている。

以上のように構成された差圧発信器において、
バリアダイヤフラム２，３にプロセスからの高圧
と低圧とがそれぞれ印加されると、バリアダイヤ
フラム２，３が撓んでこれによる圧縮分だけ内封
液１７が移動し、両側の圧力差による内封液１７
の移動量の差をセンサ８が検出し、これを電気信
号として発信することにより差圧が測定される。
この場合センタダイヤフラム１２は両側の圧力差
によつて変形するが内室１３，１４の壁面には接
触しない。また、バリアダイヤフラム２，３も通
常の差圧測定範囲ではボデイ１に接触するような
ことはない。ここで、例えば高圧側に過大圧力が
作用すると、高圧側のバリアダイヤフラム２が大
きく変形してボデイ１へ全面的に接触するので、
それ以上は高圧側の圧力が内部に伝達されなくな
る。すなわち、バリアダイヤフラム２がボデイ１
に着座することによつてセンサ８を過大圧力から
保護する。このような保護機能は低圧側に過大圧
力が加わつた場合も同様である。

しかしながら、このような過大圧力保護構造を
もつた差圧発信器は、過大圧力が作用しない通常
の測定圧力範囲内においても内封液１７がセンサ
８方向だけではなくセンタダイヤフラム１２を変
位させる方向へも移動し、バリアダイヤフラム
２，３に対する圧力がそのままセンサ８に伝達さ
れないから伝達効率が低く応答性が悪い。また、
センタダイヤフラム１２が内室１２，１３内にお
いては何物によつても保持されておらず、いわゆ
る揺動自在に周縁部が保持されているに過ぎない
から、機械的なヒステリシスにより測定精度が低
下するという欠点があつた。

本発明は以上のような点に鑑みなされたもの
で、低圧側からの過大圧力に対して弱いセンサを
備えた差圧発信器において、内室を二室に仕切る
センタダイヤフラムを通常の測定圧力範囲下にお
いてボデイ内室の低圧側壁面に着座させた構造と
することにより、通常の測定圧力時における内封
液の移動およびセンタダイヤフラムの撓みを少な
くしてヒステリシスの減少と応答性を向上させた
差圧発信器を提供するものである。以下、本発明
の実施例を図面に基いて詳細に説明する。

第２図は本発明に係る差圧発信器の実施例を示
す断面図である。同図において、差圧発信器２１
のボデイ２２は圧さ方向中央部に達する円形の凹
部を備えた低圧側のパツクプレート２２ａと、そ
の凹部に嵌合のうえ溶接された高圧側のパツクプ
レート２２ｂとで一体的に形成されている。各バ
ツクプレート２２ａ，２２ｂの側部受圧凹陥面に
は、波形円板状に形成された低圧側のバリアダイ
ヤフラム２３と高圧側のバリアダイヤフラム２４
とが、同形状の受圧底面との間にすき間からなる
低圧側バリアダイヤフラム室２５、高圧側バリア
ダイヤフラム室２６が形成されるように周縁部を
ボデイ２２側に固定されている。また、各バツク
プレート２２ａ，２２ｂには、図示を省略したが
第１図に示したものと同じようなカバーが接合さ
れており、低・高圧各側のバリアダイヤフラム２
３，２４にはカバーの孔から流入する低圧と高圧
の流体がそれぞれ印加される。低・高圧バリアダ
イヤフラム室２５，２６は両端部に絞りを有する
液通路２７で連結されており、この液通路２７上
であるバツクプレート２２ａ，２２ｂの接合部に
は、同心円波形状の底面を有するボデイ内室２８
が、バツクプレート２２ｂ側に設けられている。

符号２９で示すものは、断面波形の円板状に形
成されボデイ内室２８内に低圧側の内室と高圧側
の内室との２室を隔成するセンタダイヤフラムで
あつて、周縁部をボデイ２２に溶接されており、
通常の測定圧力範囲の下ではこれと同形状に形成
されたバツクプレート２２ａの壁面へ全面的に着
座するように形成されている。この着座面には、
液通路２７から放射方向へ十字状に延びる液通路
溝３０が形成されており、センタダイヤフラム２
９はこの液通路溝３０の開口側を塞ぐように着座
している。すなわち、通常の測定圧力範囲の下に
おいては、センタダイヤフラム２９によつて隔成
される二室のうち一方の低圧側の室は実質的に液
通路溝３０である。

一方、ボデイ２２に一体的に接合されたセンサ
カプセル３１内には、図示しないが第１図に符号
８と９とで示して説明したものと全く同様な半導
体センサと基板とが周縁部を接合させた状態で設
けられており、センサの高圧側８ａは液通路３２
によつてボデイ内室２８の高圧側内室と連通され
ている。また、センサの低圧側８ｂすなわち過剰
な圧力によつてセンサと基板との接合部が剥離さ
れやすい側は、液通路３３によつてボデイ内室２
８の低圧側内室と連通されている。そして、バリ
アダイヤフラム２３，２４裏のバリアダイヤフラ
ム室２５，２６、液通路２７、ボデイ内室２８お
よび液通路３２，３３内には、液封入孔３４，３
５から注入されたシリコンオイル等の内封液３６
が内封されている。

以上のように構成された差圧発信器の動作を説
明する。バリアダイヤフラム２３，２４にプロセ
スからの高圧と低圧とがそれぞれ印加されると、
バリアダイヤフラム２３，２４が凹んでその圧縮
分だけ内封液３６が移動し、それぞれの圧力がセ
ンサの高圧側８ａと低圧側８ｂとに印加される。
センサは両側の圧力差を検出してこれを電気信号
として発信することにより差圧が測定される。こ
の場合、通常高圧側の方が低圧側よりも高圧であ
り、高圧側の圧力が所定圧力以下のときには高圧
側から圧力が加えられてもセンタダイヤフラム２
９が着座したまま移動せず、センサにはバリアダ
イヤフラム２４への印加圧力に比例した正確な圧
力が印加される。また、低圧側のバリアダイヤフ
ラム２３への印加圧力も、液通路２７と液通路３
０，３３を経センサの低圧側８ｂへ印加される。
低圧側の圧力が高圧側の圧力よりも高い場合に
は、その差圧に応じてセンタダイヤフラム２９が
ボデイ内室２８内を高圧側へ撓む。

そして高圧側のバリアダイヤフラム２４への圧
力が所定圧以上になると、バリアダイヤフラム２
４がバツクプレート２２ｂの受圧面に着座し内封
液３６の移動が停止するので、ある程度以上はセ
ンサに及ぶことがない。すなわち、センタダイヤ
フラム２９が低圧側の壁面に着座しているから、
バリアダイヤフラム２４の凹み分はセンサに直接
加わるが、低圧側との比較が強い高圧側であるか
ら破壊されるには至らない。一方、低圧側のバリ
アダイヤフラム２３への圧力が所定圧以上になつ
た時は、これがセンサの最弱点である接合部を破
壊させる過大圧力となる前にセンタダイヤフラム
２９が撓むとともに、バリアダイヤフラム２３が
バツクプレート２２ａの受圧面に着座するので内
封液３６の移動がほとんどなく、したがつてセン
サの接合部を破壊させることがない。

第３図は横軸にバリアダイヤフラムへ印加され
る差圧△Ｐ、縦軸にセンサへの作用圧力Ｐをとつ
て示す圧力の関係線図であつて、図P₁は過大圧
力が印加されて過大圧力保護装置が作動を開始し
た点を示しており、点P₂はこの作動が終了した
点を示している。図において、明らかなように、
点P₁までの測定範囲を越えて過大圧力が印加さ
れると、センサへの圧力Ｐはわずかに上昇する
が、センサを破壊するに至らず、保護装置の作動
終了後すなわちバリアダイヤフラム２３，３４が
着座したのちはこの圧力より上昇することがな
い。そして、通常の測定圧力範囲内においては圧
力が変化してもセンタダイヤフラム２９が静止し
ており、内封液３６はセンサの高圧側へのみ移動
するから、機械的なヒステリシスによるエラーが
除去でき、測定圧力に正しく比例した圧力をセン
サに加えることができるとともに、測定差圧△Ｐ
の変化に対する応答性がきわめて良好である。

なお、本実施例においてはセンタダイヤフラム
２９がバツクプレート２２ａの着座面から離間す
るまでの液通路として十字状の液通路３０を設け
た例を示したが、バツクプレー２２ａの壁面に例
えば星打ち加工と呼ばれるポンチ式の突起形成加
工により多数の突起を設けるなどの塑性加工を施
してエンタダイヤフラム２９とバツクプレート２
２ａの着座面との間に液通路を形成すれば加工が
容易になり加工費を削減することができる。

以上の説明により明らかなように、本発明によ
れば耐圧力強度に方向性をもつセンサを備えた差
発信器において、内室を２室に仕切るセンタダイ
ヤフラムを通常の測定圧力範囲下においてボデイ
内室の低圧側壁面に着座させるように構成したか
ら、低圧側での過大圧力発生時にはセンタダイヤ
フラムの撓みと受圧ダイヤフラムの着座とによ
り、センサ方向への内封液の移動がほとんどない
ので、センサの損傷を未然に防止することができ
ることはもとより、通常の測定圧力時には内封液
の移動やセンタダイヤフラムの撓みがほとんどな
いので、機構的にヒステリシスによるエラーが除
去され流体圧力に比例したきわめて正確な圧力が
測定できて測定精度が著しく向上するとともに、
流体圧力の変化に対する応答性がきわめて良好で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の差圧発信器の断面図、第２図お
よび第３図は本発明に係る差圧発信器の実施例を
示し、第２図はその断面図、第３図は受圧ダイヤ
フラムへの印加差圧とセンサに作用する圧力との
関係線図である。 ８……センサ、２１……差圧発信器、２２……
ボデイ、２２ａ，２２ｂ……バツクプレート、２
３，２４……バリアダイヤフラム、２５……低圧
側バリアダイヤフラム室、２６……高圧側バリア
ダイヤフラム室、２７……液通路、２８……ボデ
イ内室、２９……センタダイヤフラム、３０……
液通路、３１……センサカプセル、３２，３３…
…液通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 耐圧力強度に方向性をもつセンサ８を備え、
   ボデイ両側に設けられた高・低圧側バリアダイヤ
   フラム室２６，２５にそれぞれ連通されたボデイ
   内室２８をセンタダイヤフラム２９で二室に隔成
   し、隔成された一方の室２８を前記センサ８の高
   圧側８ａに連通し、他方の室３０をセンサの低圧
   側８ｂに連通した差圧発信器において、前記セン
   タダイヤフラム２９を、通常の測定圧力範囲下に
   おいて前記低圧側バリアダイヤフラム室２５側の
   壁面に着座させたことを特徴とする差圧発信器。