JPH0331212B2 - - 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体抵抗とし、
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適切な寸法、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
を保護する各種の装置が提案されて差圧発信器に
付設されている。

第１図はこの種の過大圧力保護装置を備いて従
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と低圧側のバリヤダヤフラム３とが装着さ
れており、これらのバリヤダイヤフラム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ている。
一方、ボデイ１上方のセンサカプセル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８ｂ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
ボデー１に固定されており、前記各液通路１０，
１１は内室１３，１４にそれぞれ開口されてい
る。また、前記各バリアイダイヤフラム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のよつてそれぞれ連
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の高圧側と低圧側とに至る間には、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が凹んでその圧縮分だけ内封液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も正常な差
圧測定中はボデイ１に接触しない。そして例えば
高圧側に過大圧力が作用すると、高圧側のバリア
ダイヤフラウ２が大きく変形してボデイ１へ全面
的に接触するので、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
着座することによつて過大圧力保護の働きをす
る。

このような過大圧力保護装置を備えた従来の差
圧発信器においては、過大圧力が作用しない平常
の測定圧力範囲下でも、内封液１７がセンサ８方
向だけでなくセンタダイヤフラム１２の変位させ
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ゝセンサに伝達されないの
で、伝達効率が低く応答性が悪いばかりでなく、
センタダイヤフラム１２が内室１３，１４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のに過ぎな
いから、反復変位によるヒステリシスが大きくて
測定精度が低下するという欠点があつた。また、
この種の差圧発信器においては、通常−50°から
120°に及ぶ環境温度の変化による内封液の熱膨脹
に対しての安全性を考慮して測定レンジの上限値
に対しセンサの破壊強度を５倍程度に設定してい
る。このため、センサの測定レンジも狭くなり
Ｓ／Ｎ比が悪くなるという欠点もあつた。

本発明は以上のような点に鑑みなされたもの
で、ドデイ内室のセンタダイヤフラムで２室に仕
切つてそのうちの低圧側の室内に内封液の連通手
段を備えたスペーサとこれをセンタダイヤフラム
側に付勢するばね部材とを配設し、所定差圧以下
ではスペーサセンタダイヤフラムに密着させ、所
定差圧以上ではばね部材を圧縮させるとともに過
大圧力印加時には受圧ダイヤフラムをボデイに着
座させるように構成することにより、高圧側と低
圧側との差圧が所定値以下の間はばね部材で弾発
されたスペーサでセンタダイヤフラムの移動を規
制し、圧力伝達効率た応答性ならびに測定精度の
向上を計るとともに、測定レンジ上限値をセンサ
破壊強度に近づけることを可能とすことによりセ
ンサの測定レンジの拡大と測定精度の向上を計つ
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で詳細に説明する。

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。図において、差圧発信器２１の
ボデイ２２は、厚さ方向中央部に達する円形凹部
を備えた低圧側のバツクプレート２２ａとその凹
部に嵌合された高圧側のバツクプレート２２ｂと
で一体的に形成されており、各バツクプレート２
２ａ，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
受圧底面との間に低圧側バリアダイヤフラム室２
５と高圧側バリアダイヤフラム室２６（以下、す
き間２５，２６という）を形成するように周縁部
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、バリアダイヤフラム２３，２４にはカ
バーの孔から流入する液体の低圧と高圧とがそれ
ぞれ印加されている。すき間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，２
２ｂの接合部には、ボデイ内室２８が、大部分を
バツクプレート２２ａ側に位置させ一部をバツク
プレート２２ｂ側に位置させて設けられている。

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に低圧側の内室２８ａと高
圧側の内室２８ｂとの２室を隔成するセンタダイ
ヤフラムであつて、周縁部をバツクプレート２２
ｂに溶着されており、バツクプレート２２ｂの内
壁面はこのセンタダイヤフラム２９と同形状に形
成されている。そしてセンタダイヤフラム２９と
バツクプレート２２ａの内壁面との間に形成され
バツクプレート２２ｂ側の内室２８ｂより僅かに
大径の低圧側の内室２８ａ内には、センタダイヤ
フラム２９に対する遠近方向へ進退自在なスペー
サ３０と、これをセンタダイヤフラム２９側に付
勢するばね部材としての皿ばね３１とが配設され
ている。スペーサ３０は円板状に形成されてい
て、そのセンタダイヤフラム２９側の側面は、セ
ンタダイヤフラム２９に密着するようにこれと同
形状に形成されているとともに、この側面には液
通路２７から放射方向へ十字状をなして延びる液
通路３０ａが設けられている。したがつて、スペ
ーサ３０はセンタダイヤフラム２９を介してバツ
クプレート２２ｂによつて図示位置より左方への
移動が規制されている。また皿ばね３１は低い頭
裁円錐形に形成されており高圧側からの差圧が所
定圧以下のときはこれに打ち勝つてスペーサ３０
をセンタダイヤフラム２９に密着させ、所定圧以
上のときにはスペーサ３０に押されて圧縮するよ
うにそのばね圧が設定されている。

一方、ボデイ２２に一体的に接合されたセンサ
カプセル３２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半導体センサと基板と
が周縁部を接合させて載置固定された状態で配設
されており、センサの高圧側８ａは液通路３３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は液通路３４によつて
ボデイ内室２８の低圧側８ｂ内室と連通されてい
る。そしてバリアダイヤフラム２３，２４裏のす
き間２５，２６、液通路２７、ボデイ内室２８、
および液通路３３，３４内には、液封入孔３５，
３６から注入されたシリコオイル等の内封液３７
が内封されており、前記スペーサ３０には、この
内封液３７の連通手段としの複数個の連通孔３８
が穿設されている。

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３７が移動し、それぞれの圧力がセ
ンサの高圧側と低圧側とに印加される。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、
プロセスからの圧力は、高圧側のバリアダイヤフ
ラム２４に印加される圧力が、低圧側のバリアダ
イヤフラム２３に印加される圧力よりも高い場合
はほとんどであつて先ずこの場合について説明す
る。差圧が０のときはスペーサ３０が皿ばね３１
で弾発されてセンタダイヤフラム２９に密着して
おり、これに対して差圧が高圧側の内封液３７を
介してセンタダイヤフラム２９に印加されると、
この差圧が所定圧力以下の場合には、スペーサ３
０とセンタダイヤフラム２９との密着状態が保た
れる。したがつてこの間内封液３７はセンサ方向
へのみ移動し差圧に比例した圧力がセンサに印加
される。プロセスからの差圧が所定圧力を越える
と、センタダイヤフラム２９とスペーサ３０とが
皿ばね３１の弾発力に抗して低圧側へ移動し、こ
の圧力がセンサを破壊するに至る手前の過大圧力
の場合には高圧側のバリアダイヤフラム２４がバ
ツクレート２２ｂの受圧面に着座するので、これ
以上の圧力がセンサに伝達されず、センサを過大
圧力から保護することができる。

次にまれではあるが低圧側のバリアダイヤフラ
ム２３への圧力が高圧側のバリアダイヤフラム２
４への圧力よりも大きい場合があるので、これに
ついて説明する。すなわち差圧が低圧側に印加さ
れると、すき間２５内の内封液３７は液通路２７
と連通孔３８を通つてセンタダイヤフラム２９と
スペーサ３０との間へ移動し、センタダイヤフラ
ム２９が高圧側へ変位する。この場合センサへ向
う内封液３７の移動は、第１図に示す従来の装置
と同じであつて、伝達効率が必ずしも良好でない
が、低圧側の圧力が高圧側よりも高くなることが
稀であり、またセンサ自体が耐圧力強度に方向性
をもつものであるから、低圧側８ｂに対して加わ
る過加圧の保護さえしておけば実用上何ら差支え
ない。そして、差圧がセンサを破壊させるに至る
手前の所定の圧力に達すると、低圧側のバリアダ
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、これ以上の圧力がセンサに伝達
されず、センサを過大圧力から保護することがで
きる。

第３図は本発明の他の実施例を示す断面図であ
つて、本実施例においてはスペーサ３０とボデイ
２２との間の空間部にペローズ３９を設けてその
固定端のバツクプレート２２ｂに固定し、可動端
をスペーサ３０に固定した他は前記実施例と同じ
であるから同じ府を付してその説明を省略する。
こうすることによつて高圧側と低圧側との間の内
封液３７の移動をシールすることができる。

なお、前記各実施例においてはスペーサ３０と
皿ばね３１を設けたために低圧側の内室が高圧側
の内室よりも大きくなつており、両室の液量に差
がある。したがつて環境温度の変化によつてボデ
イ２２と内封液３７とが同時に膨張した場合、金
属とシリコンオイルとの膨張係数が大きく異なる
ことと両室の液量が異なることとによりセンサに
伝達される差圧に影響する。そこで別の実施例と
してスペーサ３０をセラミツクまたはアンバなど
熱膨張率の低い材料で形成すれば、低圧側内室内
の内封液３７が大きく膨張してもスペーサ３０の
低膨張率によつてこれを相殺することができ、液
量の少ない高圧側との差をなくしてセンサへの差
圧伝達量に対する影響を解消することができる。

また、前記各実施例ではスペーサ３０をセンタ
ダイヤフラム２９から離間させる内封液の連通手
段として十字状の液通路３０ａを設けた例を示し
たが、スペーサ３０の側面に、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スペーサ３
０をセンタダイヤフラム２９から隔離するように
すれば、液通路形成のための加工が容易になり加
工費を削減することができる。

さらに前記各実施例ではスペーサ３０に設ける
内封液３７の連通手段として連通孔３８を設けた
例を示したが、スペーサ３０を、通気性のある多
孔質の焼結金属や気泡状の金属またはセラミツク
などの材料で形成してもよく、これによつて孔加
工や曲面加工などの必要がなくなつて加工費を大
幅に削減することができるとともに、内封液の流
通が円滑になり過大圧力保護装置の速応性を向上
させることができる。

以上の説明により明らかなように、本発明によ
れば差圧発信器においてボデイ内室をセンタダイ
ヤフラムで２室に仕切つてそのうちの低圧側の室
内に内封液の連通手段を備えたスペーサとこれを
センタダイヤフラム側に付勢するばね部材とを配
設し、所定差圧以下ではスペーサをセンタダイヤ
フラムに密着させ、所定差圧以上ではばね部材を
圧縮させるとともに、過大圧力印加時には受圧ダ
イヤフラムをボデイに着座させるように構成する
ことにより、センサを過大圧力から保護すること
ができることはもとより、差圧が所定値以下のと
きはばね部材で弾発されたスペーサによつてセン
サダイヤフラムの移動が規制され差圧がそのまゝ
センサに伝達されるので、伝達効率を向上させる
ことができるとともに、センタダイヤフラムが静
止していることによりヒステリシスを小さくする
ことができる。またセンサ方向以外の内封液の移
動がないので、圧力の応答性がきわまて良好であ
つて測定精度が向上するとともに、高圧側からの
過大圧力保護の動作点をばね部材のばね圧調節に
よつて容易に選択することができるので、あらゆ
る条件に容易に対応することができる。さらに、
測定レンジの上限値をセンサの破壊強度に近づけ
ることができ、これに伴いセンサの測定レンジが
広がつてＳ／Ｎ比を高めることができるから測定
精度の大幅な向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は過大圧力保護装置を備えた従来の差圧
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図は本発明の他の実施例としての差圧
発信器の断面図である。 ２１，２１Ａ……差圧発信器、２２……ボデ
イ、２３，２４……バリアダイヤフラム、２５，
２６……すき間、２７……液通路、２８……ボデ
イ内室、２９……センタダイヤフラム、３０……
スペーサ、３１……皿ばね、３３，３４……液通
路、３７……内封液、３８……連通孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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をセンサの高圧側８
   ａに連通し、他方の室をセンサの低圧側８ｂに連
   通した差圧発信器において、前記二室のうち低圧
   側バリアダイヤフラム室２５に連通された室内
   に、センタダイヤフラム方向にばね部材３１で付
   勢されかつその周縁部において移動が規制された
   スペーサ３０を内挿したことを特徴とする差圧発
   信器。