JPH04102441U

JPH04102441U - 圧力計

Info

Publication number: JPH04102441U
Application number: JP1991062727U
Authority: JP
Inventors: ジエームス、ダブリユ、フイリツプス; グレゴリー、ダークス
Original assignee: ドワイアー、インストウルメンツ、インコーポレーテツド
Priority date: 1981-09-18
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1992-09-03
Also published as: DE3233179C2; CA1170072A; US4385525A; JPS5862533A; DE8225208U1; GB2107065A; DE3233179A1; GB2107065B

Abstract

(57)【要約】【目的】通常の安価なダイアフラムを用いて構成で
き、ダイアフラムが過大な圧力で破壊することのない圧
力計を提供すること。【構成】用いる検出ダイアフラム（２８）は圧力空洞
（１７）の中にとりつけられてそのダイアフラムの両側
に高圧室（３０）と低圧室（２６）を形成し、それらの
高圧室と低圧室には圧力を測定される流体が供給される
ようになっており、トランスデューサ（９４）自体は歪
み計型トランスデューサであって、隔てられている別々
のばね鋼製の板ばね（４６）にとりつけられ、その板ば
ねは弾性ダイアフラムとは別々であるが、ダイアフラム
に加えられる流体の圧力の作用に応じてそのダイアフラ
ムにより動かされるためにそのダイアフラムに連結され
る簡単で、比較的安価な歪み計圧力トサンスデューサ。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は歪み計圧力トランスデューサに関するものであり、更に詳しくいえば、圧力または圧力差がダイアフラムに直接加えられ、そのダイアフラムの曲りが電気機械的なトランスデューサにより検出され、そのトランスデューサはダイアフラムに加えられた圧力に比例する電気信号を発生し、その信号は受信指示計、プロセス制御器またはコンピュータへ与えられるような圧力トランスデューサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、前記したような種類の圧力モニタ・トランスデューサにおいては、ダイアフラムは通常薄い金属板の形に作られ、その金属板に歪み計が直接とりつけられ、その歪み計は電気的に接続されてダイアフラム上にトランスデューサを直接形成する。ある圧力モニタ・トランスデューサにおいては１つのダイアフラムが用いられ、他の圧力モニタ・トランスデューサにおいては２つのダイアフラムが用いられ、それらのダイアフラムは共通の曲り動作を行うように互いに連結でき、そのうちの一方のダイアフラムだけに検出用の歪み計がとりつけられる。モニタされる圧力はシリコン油ボデーなどに加えられ、そのためにそのシリコン油ボデーなどは、検出用の歪み計の動作を介して圧力をモニタするために設けられているダイアフラムを曲げさせる。従来、この種の圧力トランスデューサは水柱約１５cm（６インチ）以下の低い圧力に対しては十分な感度を持たなかったが、約２１kg／cm²（約３００psi ）の圧力範囲で動作する。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

この種の計器の感度を更に高くするために、従来はダイアフラムの動作面積を広くし、したがってダイアフラム自体を大きくしていた。しかし、ダイアフラムが大きくなると過大な圧力のためにダイアフラムが破れるという問題が生ずる。この問題はこの種の装置では極めて一般的に経験されることである。より高級なこの種の装置では、過大な圧力によりダイアフラムが破損されることを防ぐための手段が装置内に組込まれている。

【０００４】したがって、従来のこの種の装置はかなり大型で、複雑であり、その調整と操作は面倒であって、それらを行うためには訓練を受けて経験を積んだ人を必要とし、しかもその価格も１台当り約８００ドルと比較的高い。

【０００５】本考案の目的は、用いる検出ダイアフラムを通常の安価な弾性型ダイアフラムとすることができ、そのダイアフラムは圧力空洞の中にとりつけられてそのダイアフラムの両側に高圧室と低圧室を形成し、それらの高圧室と低圧室には圧力を測定される流体が供給されるようになっており、トランスデューサ自体は歪み計型トランスデューサであって、隔てられている別々のばね鋼製の板ばねにとりつけられ、その板ばねは弾性ダイアフラムとは別々であるが、ダイアフラムに加えられる流体の圧力の作用に応じそのダイアフラムにより動かされるためにそのダイアフラムに連結される簡単で、比較的安価な歪み計圧力トランスデューサを得ることである。

【０００６】本考案の他の目的は、曲りを検出するようにして歪み計がとりつけられるようになっており、弾性ダイアフラムが曲げられた時に曲げられる動作長を有するように所定位置に留められる独立した片持ち支持された板ばねにリンク機構により連結されている前記ダイアフラムへ、圧力によりひき起される曲りを加えて歪み計に信号を発生させる歪み計圧力トランスデューサを得ることである。

【０００７】本考案の更に他の目的は、圧力が測定される流体により可とう性の弾性ダイアフラムが曲げられ、その曲りはダイアフラムの上方に片持ち支持されている板ばねの動作長へ直接伝えられ、その板ばねの動作長には、ホイートストーン・ブリッジとして構成されている歪み計が板ばねのその動作長に接合され、それにより、通常の金属製ダイアフラムの実効動作面積を広くすることにより感度を高くするという明らかに行き詰まりであるやり方を継続する代りに、ダイアフラムとは独立しているが、そのダイアフラムにより動作させられる歪み計と鋼製の板ばねとのアセンブリにより低い圧力に対する感度が高くされる歪み計圧力トランスデューサを得ることである。

【０００８】本考案の別の目的は、圧力空洞を形成するために構成されたハウジングと、そのハウジング空洞を横切って設けられ両側に高圧室と低圧室を形成する弾性ダイアフラムと、米国特許第３，８６２，４１６号に開示されているような種類の板ばね型レンジばね（range spring）とを主な機械的部品として用い、自己温度補償を行い、センサ素子の加熱を最少限に抑えるように低い入力電圧で励振するために、レンジばねは板ばねとの特殊な組合わせで検出素子型歪み計に関連させられる、数個の簡単で基本的な機械的部品を用いる歪み計圧力トランスデューサを得ることである。

【０００９】本考案の更に別の目的は、歪み計の動作を安定にするために、容易に利用できる通常の安定な電源から電力を供給される、歪み計のハウジングの中に納められているプリント回路板に設けられている電子回路により歪み計励振電圧が与えられ、ダイアフラムが曲げられ、それにより板ばねが曲げられた時に歪み計が約４〜２０ミリアンペアの範囲のミリアンペア出力または約１〜５ミリボルトの範囲のミリボルト出力を発生し、その出力を指示計、プロセス制御器またはコンピュータへ与えることができる歪み計圧力トランスデューサを得ることである。

【００１０】本考案の更に別の目的は、数個の簡単で基本的な部品を用い、製作と組立のコストが低く、使用が容易で、寿命が長く、正確である、水柱約０〜０．６３cm（０〜０．２５インチ）の圧力から約０．７〜１．０６kg／cm²（１０〜１５psi ）の圧力の範囲の低い流体圧の測定にとくに適する歪み計圧力トランスデューサを得ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案に従って、歪み計圧力トランスデューサは、内部圧力空洞と、歪み計の内部を低圧室と高圧室に分離する可とう性の弾性トランスデューサにとりつけるためにくぼまされている底部壁を形成するハウジングを備え、低圧室はダイアフラムのハウジング底部壁側に設けられ、ハウジングはその開かれている側を閉じて高圧室を完成するカバーを含む。前記米国特許に開示されているレンジばねに類似する板ばね型レンジばねが高圧室の中でハウジングとダイアフラムの一方の側に片持ち式に留められ、ダイアフラムの上方に重なる板ばねの動作長を形成し、低圧室と高圧室の中の圧力変化に応じたダイアフラムの曲りにより曲げられるように前記板ばねのその動作長はダイアフラムに連結される。板ばねの動作長には歪み計が固定される。ここで説明する実施例では、歪み計は箔からエッチングにより作られた４個の正方形状検出素子をホイートストーン・ブリッジ状に接続して構成された電気機械的なトランスデューサである。それらの検出素子は自己温度補償型である。そのトランスデューサは、歪み計のハウジング内に板ばねの上方に板ばねから隔てて配置されるプリント回路板に設けられている電子回路から電力を供給される。その電子回路は適当な安定化電源から電力を供給された時に一定電圧を歪み計に供給する。ダイアフラムが曲げられて板ばねの動作長が曲げられると歪み計が不平衡となり、そのために歪み計の出力信号がそれに対応して変化させられ、その変化は電子回路により増幅されて約４〜２０ミリアンペアまたは約０〜５ミリボルトの範囲の出力に変えられ、その出力は指示器、記録器、またはコンピュータなどに与えられる。電子回路はトランスデューサの測定範囲を調節する調節器と、トランスデューサの零点調節器との２つの内部調節器を有する。

【００１２】

【実施例】

本考案の圧力計１０はハウジング１１を有する。このハウジングはハウジング部材１２を含む。このハウジング部材はアルミニウムまたはアルミニウム合金のような適当な金属材料または適当なプラスチックから作ることができる。ハウジング部材１２は開放端部１４を有し、この開放端部はカバー１６により閉じられて圧力計の圧力空洞１７を形成する。カバー１６はポリエチレンまたはポリカーボネートのような強度の高い不透明な硬いプラスチック材料をなるべく用いて作る。カバー１６は、ハウジング部材１２にねじ込まれている（参照番号２０で示されている）輪状のキャップすなわちベゼル１８（これはハウジング部材１２と同じ材料で作ることができる）により所定位置に固定される。

【００１３】ハウジング部材１２は皿形部分２４を形成する後部壁２２を含む。その皿形部分２４は図示の形で、可とう性ダイアフラム２８により圧力空洞１７から形成される低圧室２６のための静止壁を形成する。ダイアフラム２８はなるべくシリコンゴムまたはそれと同等の材料で作る。ダイアフラム２８はその別の側に高圧室３０を形成するようにそのリム２９を適切な位置に置くようにしてダイアフラム２８を適切に配置する。図示の形のダイアフラム２８の中央部は補強板３１と３２の間にはさまれて連結リンク３４に固定される。このリンク３４はロッド素子３６を有し、このロッド素子の端部３８，４０にはねじが刻まれ、それらのねじにはナット４２がねじ込まれて、圧力が洩れないようにしてダイアフラムを留める（図示の実施例ではボス４３がリンク３４のためのストップとして機能する）。

【００１４】ダイアフラム２８には板ばね４６の形のレンジばね４５が組合わされる。板ばね４６の端部４８をハウジングがとりつけられているすべり構造体５２に留めるようにして、ハウジング部材１２の後部壁２２に板ばね４６の端部４８がねじ５０で片持ち式に留められる。前記すべり構造体５２は、米国特許第３，３９７，３１９号に示されているような構造で、板ばね４６の動作長５５を調節するためのＵ字形クランプ５４を支持する。

【００１５】板ばね４６の両側でロッド部材３６の端部３８にねじ込まれているナット４４がそのロッド部材３６したがってダイアフラム２８を板ばね４６に連結して空動を生じない伝動連結機構を板ばね４６の動作長５５とダイアフラム２８の間に形成する。したがって、板ばね４６の動作長５５は、板ばね４６に加えられるクランプ５４の作用によって定められる支点６０を中心として揺動させられる。

【００１６】ハウジング部材１２の全体的な構成とダイアフラム２８の装置の状況は米国特許第３，３９７，３１９号に開示されているようなものとすることができる。ダイアフラム２８のリム２９には連続ビード６２が形成される。この連続ビードは、ハウジング１２に皿形部分２４の周囲に形成されている溝６４の中に受けられ、皿形の板６６により所定位置に保持される。その皿形板６６は、ハウジング部材１２に形成されている円形のくぼみ７０に加えられる適当な固定リング６８によりダイアフラムのリム２９に対して固定される。

【００１７】板ばね４６とくにその動作長５５の上面８０には箔からエッチングで作られた４個の正方形グリッド検出素子８６，８８，９０，９２がホイートストーン・ブリッジ接続されて電気機械的トランスデューサ９４より成る歪み計８４が接合される。トランスデューサ９４は圧力計１０の高圧室３０の中に設けられているプリント回路板９８にとりつけられている電子回路９６により電力を供給される。図２から明らかなように、プリント回路板９８は板ばね４６の上にその板ばね４６から離れてハウジング部材１２にとりつけられて、ダイアフラム２８の曲りにより曲げられる板ばね４６の動作長５５の曲り動作を妨げないようにしている。

【００１８】電子回路９６の部品とその接続が第６，９図に示されている。電子回路９６は、ハウジング部材１２の孔１０２（図４）に洩れが生じないようにしてはめ込まれるハウジング・プラグ・アセンブリ１００（図４，６）に接続される。

【００１９】以下の説明から明らかになるように、電子回路９６は歪み計８４に一定の直流電圧を供給する。この電子回路９６はプラグ・アセンブリ１００を介して安定化電源（図示せず）に接続される。

【００２０】ハウジング部材１２には通常のねじソケット１０４とねじ穴１０６が形成される。それらのソケットとねじ穴により高圧室３０と低圧室２６は高圧源と低圧源にそれぞれ連結される。高圧室３０または低圧室２６に加えられている圧力が変化するとダイアフラム２８がそれに対応して曲げられ、そのダイアフラム２８の曲りはリンク３４を介して板ばね４６の動作長５５へ伝えられ、そのために板ばね４６はダイアフラム２８の曲りに対応して曲げられる。そのために歪み計の抵抗値が変化するから、歪み計のホイートストーン・ブリッジが不平衡となり、前記圧力変化に比例する信号が発生される。その信号は電子回路により増幅され、約４〜２０ミリアンペアまたは約１〜５ミリボルトの範囲の出力に変えられる。その出力はプラグ・アセンブリ１００を介して通常の測定器、記録器、またはコンピュータや制御器のようなプロセス制御装置へ与えられる。

【００２１】本考案の圧力計においては、ダイアフラム２８のいずれかの側に加えられている圧力の変化によって曲げられるダイアフラム２８は基本的に弾性部品であり、その補強されている部分は曲げ応力を受けず、リンク３４を介してダイアフラム２８により動かされるように板ばね４６はダイアフラム２８に直結されている板ばね４６に加えられている圧力の変化を歪み計８４は実際に検出する。したがって、ダイアフラム２８の寸法は超低圧動作を行わせるために、とりつけられる歪み計８４とは関係なく、ダイアフラム２８の寸法はそれを破損させる過大な圧力を阻止するように定められる。

【００２２】一方、部品を構成する歪み計８４とばね鋼製の板ばね４６との性質と組立は歪み計８４が自己温度補償をするようなものである。

【００２３】板ばね４６は、焼入れおよび光輝焼戻しされた、または焼入れおよび常熱焼戻しされたＳａｎｄｖｉｃｋＣ−１０９５のような、適当な焼戻しされたばね鋼から作られる。実際には、板ばね４６の端部４８を上側の固定板１１４と下側の固定板１１６の間に挿入し、それらの固定板１１４，１１６と板ばね４６およびすべり棒５２に固定ねじ５０を通して、ハウジング部材１２に設けられているねじ穴１１８に固定ねじ５０をねじ込むことにより、すべり棒５２をハウジング部材１２のペデスタル形成リブ１１０の上部に固定することによって板ばね４６はその動作位置に装置される。クランプ５４においては、板ばね４６は上側と下側の固定板１２０，１２２の間に受けられる。下側の固定板１２２はすべり棒５２の上に乗り、クランプ５４にねじ込まれている止めねじ１２４は上側の固定板１２０に接触して板ばね４６をすべり棒５２に接触させ、板ばね４６の動作長５５と支点６０を定める。

【００２４】各検出素子８６，８８，９０，９２は、図示の実施例では、市販されている種類の正方形グリッド箔素子で構成され、好適な態様では各素子は厚さが約０．００８cm（約０．０００３インチ）のコンスタンタン箔を正方形状のグリッドにフォトエッチングして作られる。コンスタンタンというのは銅とニッケルの合金であって、その熱膨張率は小さく、かつ制御できる。この素子は、エポキシ‐フェノール樹脂のような適当な合成樹脂で構成された支持体にとりつけられ、その支持体は米国ミシガン州デトロイト所在のウィリアム・ティー・ビーン社（Willia m T. Bean Inc.）から販売されているＢＲ−６１０２成分高性能エポキシ樹脂またはそれと同等品のような接合材料を用い、前記合金と同じ合金で作られた適当な形の箔コネクタとともに板ばね４６に接合される。

【００２５】検出素子８６〜９２は大きな表面積対横断面面積比、たとえば約１９０対１、を有する。そのためにこの歪み計に荷重が長期間にわたって加えられても大きな安定度が保たれ、歪み計８４の下側の板ばね４６の領域における温度変化に歪み計８４が良く追従できるようにし、かつ内部に生じた熱を効果的に放散できる。歪み計のそれぞれの検出素子における各抵抗値単位当りの抵抗値の変化（オーム当りのオーム）と検出素子に加えられる歪み（センチメートル当りのセンチメートル）との比である、検出素子の計器係数（gauge factor）はここで説明している用途ではなるべく約２．１にする。

【００２６】本考案の特徴は検出素子８６〜９２のグリッドが図６に示されているようにして相対的に配置され、検出素子８８と９２のグリッドが板ばね４６を横切る方向に延びてそれらの検出素子８８，９２が温度補償を目的としてだけ板ばね４６に対して向けられ、検出素子８６と９０のグリッドが板ばね４６の長手方向に沿って延び、それらの検出素子がとりつけられている板ばね４６の動作長部分の曲りを検出するために板ばね４６に対して向けられることである。板ばね４６が曲げられると検出素子８６，９０のグリッドの長さ、したがって横断面の面積が変化し、そのためにそれらの検出素子８６，９０の電気抵抗値が変化することによりトランスデューサ９４が生じた圧力変化を示す信号を発生する。

【００２７】検出素子とそれらの検出素子の接点の構成・配置は、完全なホイートストン・ブリッジ接続とするために従来のやり方に従って行い、かつできるだけ小型にすることが好ましい。好適な実施例においては、各検出素子８６，８８，９０，９２の電気抵抗値は約３５０オームであって、温度補償を行う目的で各検出素子は互いに一致させられる。

【００２８】キャリヤにとりつけられ、自己温度補償されるようにしてそれぞれの接点すなわちタブ１３０，１３２，１３４，１３６，１３８とともに完全なホイートストン・ブリッジ状に接続される検出素子８６，８８，９０，９２は米国イリノイ州ロンバート（Lombard ）所在のエレクトリックス・インダストリーズ社（Electr ix Industries Inc.）（カッド・ゲージ（Quad gauge）ＱＴ−０６−３５０）、米国ノースカロライナ州ラーレイ（Raleigh ）所在のマイクロメージャーメント社（Micromeasurement Inc. ）（ＭＡ−０９−１２０ＮＣ−３５０）、米国マサチューセッツ州ウォルサム（Waltham ）所在のＢＬＨエレクトロニクス社（BLH Electronics Co. ）などのようないくつかの製造会社から市販されている。板ばねが完全に平らな時はホイートストン・ブリッジが平衡させられるように、ホイートストン・ブリッジ状に構成された歪み計８４が板ばねにとりつけられる。このホイートストン・ブリッジは図９には参照番号９５で示されており、銅箔からエッチングによって作られた適当な端子１３１，１３３，１３５，１３７とともに板ばねにとりつけられ、歪み計８４の検出素子のキャリヤと同じ種類のキャリヤにとりつけられ、そのキャリヤは歪み計８４の検出素子と同じようなやり方で板ばね４６の表面８０に接合される。これに関連して、感度を最高にするためには、リンク３４を介して加えられるダイアフラム２８の曲げ作用によって板ばねが最大に曲げられるのが板ばねの支点であるから、歪み計８４を支点のすぐ近くで、動作長部分側にとりつけることが重要である。

【００２９】ホイートストン・ブリッジの検出素子８８，９２はトランスデューサ９４の温度補償部分を構成し、歪み計８４に及ぼされる温度に関する限りは、その温度補償部分はトランスデューサ９４の曲り信号発生部分とそっくり同じである。温度変化によりひき起される信号発生検出素子８８，９２の抵抗値変化が温度補償検出素子８６，９０の同一の温度補償抵抗値変化によりうち消されるように、検出素子８６，８８，９０，９２は向きを定められてブリッジ接続される。

【００３０】図９には歪み計ホイートストン・ブリッジ９５とともに電子回路９６が示されている。ホイートストン・ブリッジ９５と電子回路９６の間の主な結線を図６に示す。リード１４０は接点１４４と、電子回路９６の安定化電源部１５５の全波ブリッジ整流器１５２の接点１４８との間に接続され、リード１４２は接点１４６と電子回路９６の安定化電源部１５５の全波ブリッジ整流器１５２の接点１５０との間に接続される。ブリッジ整流器１５２の接点１５４はリード１５６へ接続され、ブリッジ整流器１５２の接点１５８はリード１６０を介して適当な正の電圧整流器１６０に接続される。この電圧調整器１６２はコネクタ１６４によりリード１５６へ接続され、リード１６０は並列の平滑コンデンサ１６６，１６８を介してリード１５６へ接続され、かつ電圧調整器１６２の出力端子は平滑コンデンサ１７０を介してリード１７０と１７６に接続される。リード１７６はコネクタ１７２を介してプラグ端子１７４に接続される。

【００３１】端子１４４，１４６において電子回路９６へ供給される電力はそれらの端子のプラグ・アセンブリ１００へ接続される適当な安定化電源からなるべく供給するようにする。そして、その電源の電圧は、電源が直流電源であれば約２０〜３０ボルト、電源が交流電源であれば約１８〜２６ボルトにする。交流電源が用いられる場合には、ブリッジ整流器１５２がその交流を整流し、正電圧調整器１６２は１５ボルトの直流出力を生ずるように通常構成される。あるいは、１５ボルトの直流電源を端子１７４に接続することができる。

【００３２】リード１５６，１７４が歪み計ホイートストン・ブリッジ９５の端子１８２，１８０へリード１８３，１８４をそれぞれ介して接続され、リード１８６が適当に接地される。リード１８４はリード１８８と、抵抗器１９０、ポテンショメータ１９２と、抵抗器９４とを介してリード１８３へ接続され、ポテンショメータ１９２の可動接点はリード１９８と抵抗器１９６を介して歪み計ホイートストン・ブリッジの端子２００へ接続される。抵抗器１９０，１９４，１９６とポテンショメータ１９２は後で説明する平衡機能を行う。端子２００はリード２０４により増幅器２０２の入力端子へも接続される。歪み計ホイートストン・ブリッジ９５の単位２０６はリード２０８により増幅器２１０の入力端子へ接続される。増幅器２０２と２１０の間にはポテンショメータ２１２と抵抗器２１４が直列に接続される。ポテンショメータ２１２は歪み計スパン調整器すなわち動作範囲調整器を構成する。歪み計ホイートストン・ブリッジ９５の検出素子が製造誤差のために抵抗値が一定とならないから、増幅器２０２と２１０の間に接続されている抵抗器２１２と２１４を流れる電流を零にするための平衡機能を、抵抗器１９０，１９４，１９６とポテンショメータ１９２で構成された回路が行う。この点における電流零操作は、歪み計スパン調整と以下に説明する歪み計零調整との間の相互作用を零にするために行われるものである。ポテンショメータ２１２は抵抗器２１４とともに動作して、所望の歪み計スパンに応じて、この歪み計が取り扱う流体の圧力が高くなる時はポテンショメータ２１２と抵抗器２１４との直列回路の抵抗値を高くし、この歪み計が取り扱う流体の圧力が低くなる時はポテンショメータ２１２と抵抗器２１４との直列回路の抵抗値を低くする。

【００３３】増幅器２０２，２１０は増幅器２１６および抵抗器２１８，２２０，２２２，２２４，２２６，２２８，２３０，２３２とともに互いに適切に接続されて電流増幅器２３４を構成する。この電流増幅器はホイートストン・ブリッジ９５から信号を受け、その信号を約２０ミリアンペア・フルスケールまで増幅する。ホイートストン・ブリッジ９５から過電圧信号が与えられた時は、抵抗器２３０，２３２は電流増幅器２３４から得られる出力を制限する電流制限器を構成する。

【００３４】適当な増幅器２３６と適当なトランジスタ２３８，２４０がコネクタ２４５を介してプラグ・アセンブリ端子２４４へ電流を出力するための終段の電流増幅器と電流変換器２４２を構成する。その出力電流の値はリード２４７を介してアース１８６に接続されている抵抗器２４６の電圧降下値により決定される。

【００３５】この歪み計の零調整は抵抗器２５１に組合わされているポテンショメータ２４８により行われる。

【００３６】したがって、ポテンショメータ２１２は参照番号２１２Ａで示されている歪み計スパン調整器を形成し、ポテンショメータ２４８は参照番号２４８Ａで示されている歪み計零調整器を形成する。

【００３７】それらのポテンショメータ、トランジスタ、およびホイートストン・ブリッジ９５を除くその他の電子部品は市販されている通常のものである。

【００３８】この電子回路９６のリード１４０，１４２または１７２へ前記安定化電源が接続されると、板ばね４６が曲げられていない限りはホイートストン・ブリッジ９５は平衡しており、ポテンショメータがそのように調整されていない限りは端子２４４には信号は現われない。電子回路９６へ電力を供給する安定化電源は、ハウジングの流体圧連結部１０４，１０６が流体圧源に連結される時に動作を開始させられるのはもちろんである。ゲージ圧を測定する場合には、流体圧連結部１０４は大気中に向かって開かれており、流体圧連結部１０６は被測定圧力源に連結されるから、ゲージ圧高圧室３０へ連結される。差圧を測定する場合には、低圧源がハウジング連結部１０４へ連結され、高圧源がハウジング連結部１０６へ連結される。

【００３９】圧力計１０へ流体圧が加えられるとダイアフラム２８が曲げられるから板ばね４６の動作長５５がダイアフラム２８の曲りに対応した大きさだけ曲られる。そのために歪み計８４が不平衡となり、電子回路９６から信号が発生される。この信号は、板ばね４６の動作長５５が板ばね４６の固定長４７と支点６０に対して曲げられていない状態から曲げられた大きさに比例する。プラグ・アセンブリ１００の端子２４４に圧力計１０の信号をモニタする装置に接続される。正常に機能させるために、ホイートストン・ブリッジ９５が平衡させられている時は、用途に応じて、端子２４４にたとえば４ミリアンペアの公称電流を与えらることにより零調整器２４８Ａが設定され、それにより、ダイアフラムの両側に同じ圧力が加えられた時に、したがって板ばね４６が曲げられないで平らになっている時に、この圧力計が最小の信号を発生する。ダイアフラムが圧力を受けて曲げられると、板ばねがそのダイアフラムのその曲りに対応して曲げられ、そのためにこの圧力計により発生される信号がプラグ・アセンブリの端子２４４と適当な接続部を介して記録装置またはモニタ装置に与えられる。そして、電子回路９６からは約４〜２０ミリアンペアまたは約１〜５ミリボルトの範囲のミリアンペア出力またはミリボルト出力が発生され、その出力は指示器、プロセス制御器またはコンピュータへ与えられる。

【００４０】いい換えると、圧力計１０が連結されている圧力源の圧力が変化すると、ダイアフラムしたがって板ばね４６を曲げる圧力信号が与えられる。そのために歪み計８４に曲げ応力が加えられる。その曲げ応力のために歪み計の検出素子の横断面の面積が変化し、その結果として歪み計回路中の電気抵抗が変化することになる。この電気抵抗の変化により、前記圧力信号に比例するトランスデューサ・モニタ電気信号が発生される。その電気信号は種々のモニタ装置または種々の制御装置で使用できるように増幅などの処理を受ける。

【００４１】図２，６には電子回路９６を構成する電子部品と、それらの電子部品の接続するリードが示されている。増幅器２０２，２１０，２１６，２３６が４つの増幅器より成る増幅回路アセンブリ２４９として構成される。そのような増幅回路アセンブリはナショナル・セミコンダクタ社（National Semiconductor）（低カッド演算増幅器No. ＬＭ３２４）およびその他の製造業者から市販されている。プラグ・アセンブリ１００は通常の多プラグ入力‐出力コネクタであって、穴１０２にねじまれるフォーク状のプラグ・ボデー２５３で構成される。このプラグ・ボデー２５３は適当なエポキシ樹脂により位置２５７でシールされる。動作範囲調整器２１２Ａと零調整器２４８Ａにはつまみ２６０，２６２がそれぞれとりつけられる。つまみ２６０は動作範囲調整器２１２Ａを調整するポテンショメータ２１２に結合され、つまみ２６２は零調整器２４９Ａののポテンショメータ２４８に結合される。これらのつまみとポテンショメータとの結合は、それぞれのポテンショメータ２１２，２４８の回転部品２６５（図３，５）のソケットすなわちスロットの中にはめ込まれる平らな軸部２６４をキーで止めることにより行われる。これによりスプライン連結部２６３が結成される。このスプライン連結部２６３は前記米国特許第３，８６２，４１６号に示されている対応するスプライン連結部に類似する。つまみ２６０，２６２は、たとえば適当な固定リング２７１を用いることにより、カバー１６に永久的に固定され、流体の洩れを防ぐ適当なＯリング２６７によりシールされる（図５）。カバー１６には商標や製品標識記号・番号などをつけることもできる。

【００４２】プリント回路板９８は通常のものであって、ガラス‐エポキシまたはフェノール樹脂製の適当な形の基板表面に、希望の接続導電路（図示せず）を形成したものである。図示の実施例では、回路板９８にはリンク３４と整列する丸い穴２６９があけられる。

【００４３】配線を完了した回路板９８は、回路板９８の後部２７０，２７２をハウジング部材１２のそれぞれのペデスタル２７４，２７６（図６）の上に置き、ねじ穴２８０，２８２にねじ２７８，２７９をそれぞれねじ込むことにより、ハウジング部材１２の中にとりつけられる。ペデスタル２７４，２７６のそれぞれのとりつけ面２８４，２８６は平らであって、圧力計の平面と共平面関係にある。回路板９８の前部２９０にはとりつけねじ２９４がねじ込まれるねじ穴２９２が設けられる。とりつけねじ２９４により回路板９８はとりつけブラケット２９６に固定される。そのとりつけブラケット２９６は一対の適当なねじおよびナット・アセンブリ２９８によりハウジング部材１２に固定される。ブラケット２９６のとりつけフランジ３００にはねじ２９４がねじ込まれるねじ穴が設けられる。ブラケット２９６には前記アセンブリ２９８を受ける穴も設けられる。

【００４４】ハウジング部材１２には円錐台形の表面３１０を形成するための開放端部１４が形成される。その円錐台形表面３１０には、カバー側壁３１６に形成されている輪状のみぼみ３１４に受けられる適当なＯリング・シール３１２が接触させられる。カバー１６の上にベゼル（bezel ）１８が受けられる。このベゼル１８には輪状の固定フランジ３１８がその内側リムと一体に形成される。この固定フランジ３１８は、ベゼル１８がハウジング部材１２の外部ねじ部３２２にねじ合わされた時に、シール３１２をハウジング部材１２の表面３１０に押しつけて、ハウジング部材１２の端部１４で高圧室３０をシールする。もちろん、カバーとベゼルをハウジング部材１２にとりつける時は、つまみ２６０，２６２のキー要素を、動作範囲調整器２１２Ａと零調整器２４８Ａを形成している部分のソケットに適当にとりつけねばならない。

【００４５】ここで説明している実施例では、ハウジング１２の後部壁２２に設けられているねじ穴にねじ込まれている植え込みねじ３３６，３３８にそれぞれねじ込まれるナット３３２，３３８により、ハウジング部材１２の後部壁２２に固定されるＵ形とりつけブラケット３３０に圧力計１０はとりつけられる。圧力計１０は他のやり方でハウジングにとりつけることもできる。

【００４６】動作範囲調整器２１２Ａと零調整器２４８Ａにはつまみ２６０，２６２の代りに、ねじ回しの先端部を挿入できるスロットが設けられた調整ローターをとりつけることができる。この場合には、つまみ２６０，２６２が設けられる場所にねじ回しの先端部を入れるための穴をあける。それらの穴を通じて内部の部品に容易に接触することがないように、それらの穴は適当なアクセス・プラグにより閉じることができる。

【００４７】ハウジング部材１２の低圧室２６への連結部（図８）のじょうご形内端部３４０には、比較的小さな入口穴３４２を得るように、適当なエポキシ樹脂３４４が充填され、入口穴３４２の内径を約０．１３cm（約０．０５インチ）にする。

【００４８】以上の説明からわかるように、本考案は、感度がダイアフラムの直径と無関係で、ダイアフラムは比較的安価な弾性体ダイアフラムで構成される、特殊な歪み計トランスデューサ圧力計を提供するものである。

【００４９】電子回路９６はホイートストン・ブリッジ９５が必要とする一定電圧を供給し、直流１５ボルトにより、ホイートストン・ブリッジ９５を構成している検出素子の抵抗損により発生される熱が最小となるから、この圧力計の測定確度は高くなる。

【００５０】ハウジング部材１２に固定されている回路板９８に電子回路９８の部品がとりつけられるから、圧力計１０は衝撃と震動に対して極めて強い。更に、この圧力計は最高圧力限界にくり返えしさらされても損傷を受けたり、再較正を必要とすることがないように構成されている。

【００５１】前記したように、この圧力計により与えられる信号はゲージ圧または差圧を表すものであり、その出力信号は遠隔指示または制御装置へ与えるために使用できる。

【００５２】

【考案の効果】

本考案の圧力計の実用的な例では、水柱０〜約３８．１cm（１５インチ）と０〜約１．４１kg／cm²（２０psi ）の動作範囲のものがある。本考案のように圧力検出トランスデューサを板ばねにとりつけたことが、金属ダイアフラムに圧力検出トランスデューサをとりつける従来の圧力計と異って、低圧測定を高い確度で行うことができる主因であると考えられる。

【００５３】本考案の圧力計は商用および工業用のエネルギー管理装置に用いるのに理想的である。たとえば、この圧力計は変速ファンおよび変速ブロワの制御とシステム・ダンパの位置ぎめに用いることができる。この圧力計を用いることにより、ダクト内の空気速度と、空気濾過器中の圧力降下とについてのデータを制御コンピュータへ連続して供給できる。同様な用途が空調装置においても満すことができる。医療の分野においては、血圧と呼吸圧についての入力データを得るために、コンピュータにより制御される装置にこの圧力計を用いることができる。また圧力計はプロセス制御装置においても広く用いられる。

【００５４】また、任意の低い空気圧またはガス圧を連続して制御または記録する必要がある場合にも、この圧力計はその機能を果す。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２の左上部から見た本考案の圧力計の平面
図。

【図２】図１の２−２線に沿う断面図。

【図３】図２の上から見た、本考案の圧力計のカバーを
外した時の平面図。

【図４】図６の４−４線に沿う断面図。

【図５】図１の５−５線に沿う断面図。

【図６】回路板と、それに取りつけられている電子部品
とがハウジングからその一方の側へ移動させられ、板ば
ね歪み計とハウジング・プラグ・アセンブリの間の電気
接続と、低圧室と高圧室への連結が示されている図３に
類似する平面図。

【図７】歪み計と、そのためのコネクタとがとりつけら
れている板ばねの動作長部と、歪み計の全体的な構成を
示す拡大路図。

【図８】図６の８−８線に沿う拡大断面図。

【図９】板ばね歪み計と、それに関連する電子部品およ
びそれらの接続を示す回路図。

【符号の説明】

１０圧力計１１ハウジング１２ハウジング部材１７圧力空洞２６低圧室２８ダイアフラム３０高圧室４５レンジばね４６板ばね５５板ばねの動作長６０支点６８固定リング８４歪み計８６，８８，９０，９２検出素子９４トランスデューサ９６電子回路９８回路板１１４，１１６，１２０，１２２固定板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者グレゴリー、ダークスアメリカ合衆国インデイアナ州、ラポート、イースト、ステート、ロード‐２、 1083 ロツト 302

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】高圧室と低圧室とを分離する可撓性ダイア
フラムが取付けられた圧力空間を有するハウジングと、
一端で片持ち梁状に取付けられ前記ダイアフラムの一側
上に横たわるような関係で前記ハウジング高圧室内に固
着された板ばねと、この板ばねを前記一端近傍の前記ハ
ウジングに固定して前記ばねの動作長および前記ばねの
動作長がその周りを移動する支点を決めるクランプ手段
と、前記ダイアフラムを前記板ばねの動作長に結合して
前記ハウジング内の前記ダイアフラムの両側に作用する
差圧に応じ前記板ばねの曲りを生じるリンクとをそなえ
た圧力ゲージにおける、約ゼロから約６．３５mmの水柱
圧範囲から約０．７１ないし１．０６kg／cm²の範囲の
圧力範囲の動作範囲を提供し、低水柱圧で感度を増加す
るための改良であって、前記板ばねは金属製であり、前
記板ばねの動作長は、前記板ばねの長手方向に延びる２
つのグリッドおよび板ばねの横断方向に延びる他の２つ
のグリッドを有するホイートストーンブリッジに自己温
度補償されて接続された４つの方形グリッド感知要素を
そなえた歪みゲージが固定され、前記板ばねは、前記ダ
イアフラムと分離されていて該ダイアフラムにより動き
の無駄がなく動作し、前記ダイアフラムは弾性材料で形
成され、前記板ばねとの間に前記リンクが延びる中央不
撓部分を画成しかつその上に前記リンクが中心決めされ
る環状可撓部分を画成し、前記歪みゲージは前記ハウジ
ング内に取付けられた電子回路に接続され、前記感知要
素は前記ダイアフラムおよび板ばねが曲りのないとき平
衡しており、前記ダイアフラムの前記側部上の前記ハウ
ジング内に固定的に取付けられ、ほぼ平行になるように
前記板ばね上に離間して配された回路板が設けられ、前
記板ばね動作長は前記高圧および低圧室が等しい大気圧
であるとき曲りのないものであり、前記電子回路は、前
記回路板上に取付けられていて、前記歪みゲージに所定
の直流電圧を供給する手段、および曲りのない関係から
前記ダイアフラムの両側に作用する差圧の作用を感知す
る出力に至るまで、前記板ばね動作長の曲りにより発生
する歪みゲージ信号を増幅する手段を有し、前記歪みゲ
ージは前記板ばねの前記動作長上の前記支点近くに配さ
れ、前記出力は約４から約２０mAの範囲の電流、または
約１から約５mVの範囲の電圧であり、前記電子回路は、
前記ゲージの前記動作範囲を設定するための第１の手動
設定可能なポテンショメータ、および前記ダイアフラム
および板ばねが曲りのないときゲージ零調整を設定する
ための第２の手動設定可能なポテンショメータを有し、
前記出力は約４mAである圧力計。