JPH04320939A - 差圧伝送器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高圧と低圧の測定圧力
を受けてこれ等の差圧を検出する差圧伝送器に係り、特
に簡単な構成で静圧・過大圧保護が可能なように改良さ
れた差圧伝送器に関する。

【０００２】

【従来の技術】差圧伝送器は高圧側と低圧側との受圧ダ
イアフラムに各々測定圧力を与え、この圧力による封液
の移動を、例えば半導体センサの歪により電気信号とし
て取り出すように構成されている。しかし、この種の差
圧伝送器は時に過大圧力・静圧を受けることがあり、こ
の過大圧・静圧が半導体センサに及んでこれを損傷させ
、以後の測定を不可能にすることがある。

【０００３】そこで、従来、この過大圧・静圧からセン
サを保護するために各種の構造が提案されている。図３
はこの種の過大圧・静圧保護構造を有する従来の差圧伝
送器の断面図である。以下、同図に基づいて説明する。 半割り状のボデイ１の両側には波形円板状に形成された
高圧側の受圧ダイアフラム２と低圧側の受圧ダイアフラ
ム３とが装着されており、これ等の受圧ダイアフラム２
、３には、ボデイ１にボルト締めされた両側のカバ−４
とボデイ１との間の孔５、６から流入する流体によって
高圧と低圧とがそれぞれ印加される。

【０００４】一方、ボデイ１の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１の高圧側と低圧側
に接続されている。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、センサ８を基板９に接合して
いるので上側から下側に向かう方向の圧力には弱く、こ
れとは逆方向からの圧力には相対的に強く、耐圧強度に
方向性があるからである。

【０００５】符号１２で示すものは波形円板状に形成さ
れたセンタダイアフラムであって、センタダイアフラム
１２はボデイ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
定されている。そして、液通路１０、１１は本体内室１
３、１４にそれぞれ開口されている。また、受圧ダイア
フラム２、３とボデイ１との間に形成された隙間と本体
内室１３と１４とは液通路１５、１６によってそれぞれ
連通されている。

【０００６】そして、受圧ダイアフラム２、３とボデイ
１との間の隙間から液通路１５、１６、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封液１
７が封入されている。

【０００７】以上の構成において、受圧ダイアフラム２
、３に測定圧力として高圧と低圧がそれぞれ印加される
と、受圧ダイアフラム２、３が撓んでこれによる圧縮分
だけ封液１７が移動し、両側の圧力差による封液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
タダイアフラム１２は両側の圧力差によって変形するが
、本体内室１３、１４の壁面には接触しない。また、受
圧ダイアフラム２、３も通常の差圧測定範囲ではボデイ
１に接触することはない。

【０００８】ここで、例えば、高圧側に過大圧力が作用
すると、高圧側の受圧ダイアフラム２が大きく変形して
ボデイ１に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り、受圧ダイアフラム２が
ボデイ１に着座することによってセンサ８は過大圧力か
ら保護される。このような保護機能は低圧側に過大圧力
が加わったときも同様である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような差圧伝送器は、センサ８の外部にも封液１７が満
たされる構造として静圧からセンサ８を保護する構造と
しているので、全体の封液量が多くなり、このため温度
上昇の際の封液１７の膨脹と過大圧力によるセンタダイ
アフラム１２とセンサ８の受ける圧力が大きくなり、こ
れ等の強度設計を難しくしている。

【００１０】逆に、強度的に有利にするためにはセンタ
ダイアフラム１２の外径を大きくする必要があり、小形
化、低コスト化の障害となる。また、ボデイ１の内部に
センタダイアフラム１２の代わりにセンサ８を収納しこ
れ等を液通路１５、１６で直結すれば封液１７の量が減
り特性は良好になると想定されるが、このようにすると
センサ８の圧力による動きが大きくなり応力的に実現が
難しくなる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するために、本体の両側にそれぞれ設けられたダイ
アフラム室を覆う測定圧力を受ける一対の受圧ダイアフ
ラムと、この本体の内部に設けられダイアフラム室と連
通されてセンタダイアフラムで二室に分離された一対の
本体内室と、内部に空室を有し先の本体に固定されたカ
プセルと、先の空室の中に設けられ感圧ダイアフラムを
挟むように外周を保持して一対のセンサ圧力室を形成す
る一対の支持ブロックと、これらの支持ブロックの周囲
に所定の圧縮歪が付与された状態で封止された体積収縮
率の大きい充填材と、先のダイアフラム室とセンサ圧力
室とをそれぞれ連絡する一対の連通孔と、これ等の連通
孔の内部に封入された封液とを具備するようにしたもの
である。

【００１２】

【作　　用】通常は、一対の受圧ダイアフラムに高圧と
低圧の測定圧力を受け、この測定圧力は各連通孔を介し
て各本体内室と感圧ダイアフラムの両側に導かれ、これ
等の差圧に対応する感圧ダイアフラムの変位に基づく歪
などにより電気信号に変換され、これにより差圧が測定
される。

【００１３】また、測定圧力に基づく静圧は、一対の支
持ブロックの内部に印加されるが、この支持ブロックの
外周とカプセルとの間には所定の圧縮歪が付与された状
態で封止された体積収縮率の大きい充填材が封入されて
いるので、支持ブロックの変形を小さく抑えることがで
きる。

【００１４】更に、過大圧が作用したときは、受圧ダイ
アフラムが裏側のバックアッププレ−トに接触はするが
、センサ部の外部にまわる封入液がないので全体として
封入液が極めて少なく、センタ−ダイアフラムでの過大
圧の吸収の残りを感圧ダイアフラムが吸収するときの容
積も従来のセンタ−ダイアフラムを有する差圧伝送器に
比べて少なくなり、結果として従来に比べて特性が良く
なる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は本発明の１実施例の構成を示すブロック
図である。

【００１６】２０は外形が円柱状の本体であり、この本
体２０の両側には受圧ダイアフラム２１、２２がその裏
側にダイアフラム室２３、２４を伴なって周囲が固定さ
れている。受圧ダイアフラム２１側は低圧側であり、受
圧ダイアフラム２２側は高圧側である。

【００１７】この本体２０の中央部には高圧側の本体内
室１３と低圧側の本体内室１４とがセンタ−ダイアフラ
ム１２で分離して設けられ、これ等は液通路１５、１６
で連通されている。この本体２０の上部側面には円筒状
のカプセル２５が固定されている。このカプセル２５の
内部は、その一方の端部が蓋部２８で塞がれた円筒状の
空室２７とされている。この空室２７の内部には、感圧
ダイアフラム２９が所定の間隔を保持してセンサ圧力室
３０、３１を形成しながら一対の支持ブロック３２、３
３で周囲から固定されてセンサ部３４として収納されて
いる。

【００１８】感圧ダイアフラム２９は差圧によりある程
度撓む必要があるが、この差圧のセンシング方式は感圧
ダイアフラム２９をシリコン半導体とした歪ゲ−ジ方式
でも、また容量式でも良く、検出方式にはこだわらない
。

【００１９】これ等のセンサ圧力室３０、３１は、それ
ぞれ本体２０の中に形成されてダイアフラム室２３、２
４と連通するチュ−ブ３５、３６と、液通路１５、１６
とを介してダイアフラム室２３、２４と連通されている
。これ等の中にはシリコンオイルなどの封液４１が封入
されている。

【００２０】また、センサ部３４の外部の空室２７の中
には充填材４２が所定の歪が付与された状態で封入され
ている。この充填材４２は堆積収縮率の大きい、つまり
体積弾性係数の小さい圧縮性樹脂が選定される。

【００２１】次に、以上のように構成された実施例の動
作について図２に示す特性図を用いて説明する。通常の
状態では、一対の受圧ダイアフラム２１、２２に低圧と
高圧の測定圧力を受け、この測定圧力は液通路１６、１
５とチュ−ブ３５、３６とを介して感圧ダイアフラム２
９の両側に導かれる。

【００２２】感圧ダイアフラム２９はこれ等の低圧と高
圧との差圧に対応して変位し、例えばこの変位に基づく
歪による抵抗変化、あるいはこの感圧ダイアフラム２９
の変位による支持ブロック３２、３３の内面に設けられ
た電極（図示せず）との間の容量変化などにより電気信
号に変換し、これにより差圧が測定される。

【００２３】測定圧力による静圧は、一対の支持ブロッ
ク３２、３３の内部に印加され、これ等の支持ブロック
３２、３３を２つに分離するように作用するが、この支
持ブロック３２、３３の外周とカプセル２５との間には
所定の圧縮歪が付与された状態で封止された体積収縮率
の大きい充填材４２が封入されているので、支持ブロッ
ク３２、３３の変形は小さく抑えられ、誤差も発生しな
い。

【００２４】さらに、一般には支持ブロック３２、３３
と充填材４２の熱膨張係数の違いによる温度変化に起因
して生じる熱歪により種々の誤差を生じるが、この実施
例では体積弾性係数の小さい樹脂で構成した充填材４２
に十分な変位をもって支持ブロック３２、３３の外部か
ら圧縮力Ｐｃ　を与えているので、センサ部３４の熱膨
張による歪の変化によってこの圧縮力Ｐｃ　はほとんど
影響を受けず、誤差要因とはならない。

【００２５】図２は充填材４２の変位（歪）と圧縮力Ｐ
ｃ　との関係を示す特性図であるが、図に示すように、
充填材４２は体積弾性係数が小さい特性を有するのでセ
ンサ部３４の温度変化による大きな膨脹ΔＬＴ　があっ
てもこの膨脹により充填材４２に与える圧縮力Ｐｃ　の
変化ΔＰｃ　は小さく、逆に言うとセンサ部３４に対す
る外圧力がほとんど変化をせず、誤差要因とはならない
。

【００２６】高圧側、あるいは低圧側に過大圧が印加さ
れたときは、受圧ダイアフラム２１、２２が裏側の波形
のバックアッププレ−トに接触し封液４１が移動はする
が、この封液４１の量が図３に示す従来の封液１７の量
に比べてセンサ部３４の外部にまわる封入液がないので
封入液が全体的に極めて少なく、センタ−ダイアフラム
１２での過大圧の吸収の残りを感圧ダイアフラム２９が
吸収するときの容積も図３に示す従来の差圧伝送器に比
べて少なくなり、結果として従来に比べて特性が良くな
る。

【００２７】なお、感圧ダイアフラム２９としてシリコ
ンなどの半導体を用いるものをベ−スとして説明したが
、感圧ダイアフラム２９を金属ダイアフラムとし支持ブ
ロック３２、３３をガラスなどの絶縁材として組み合わ
せた容量式のセンサ部４５（図示せず）を用いるときは
、過大圧が印加されたときに感圧ダイアフラム２９を、
直接、絶縁材の支持ブロックに当てることができる。

【００２８】このようにすることにより、過大圧の影響
はやや大きくなるが、センサ部の小形化が容易となり、
ダイアフラム室２３、２４の中の封液の量をさらに少な
くすることができ、このため温度特性が良くなる。この
場合にもセンサ部の外部から充填材により印加される圧
縮力により静圧の影響は受け難い。。

【００２９】

【発明の効果】以上、実施例を用いて具体的に説明した
ように本発明によれば、本体の内部に設けられダイアフ
ラム室と連通されてセンタダイアフラムで二室に分離さ
れた一対の本体内室を設けると共に空室の内部にセンサ
部を収納し、この周囲を所定の圧縮歪が付与された状態
で封止された体積収縮率の大きい充填材を満たす構成と
したので、静圧、過大圧からセンサを保護することがで
き、また、封液の量が従来に比べて極めて小さくなった
ので、温度誤差の主因である封液膨脹量が小さくなり、
これを吸収する受圧ダイアフラムの剛性はそれ程小さく
する必要がなくなり、このため受圧ダイアフラムの外径
を小さくでき小形化、低コスト化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構成を示す縦断面図である
。

【図２】図１に示す実施例における充填材の特性を示す
特性図である。

【図３】従来の差圧伝送器の構成を示す縦断面図である
。

【符号の説明】

１　　ボデイ ２、３、２１、２２　　受圧ダイアフラム４　　カバ− ７　　センサカプセル ８　　センサ １２　　センタダイアフラム １３、１４　　本体内室 １７、４１　　封液 ２０　　本体 ２５　　カプセル ２７　　空室 ２９　　感圧ダイアフラム ３０、３１　　センサ圧力室 ３２、３３　　支持ブロック ３４　　センサ部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体の両側にそれぞれ設けられたダイアフ
   ラム室を覆う測定圧力を受ける一対の受圧ダイアフラム
   と、この本体の内部に設けられ前記ダイアフラム室と連
   通されてセンタダイアフラムで二室に分離された一対の
   本体内室と、内部に空室を有し前記本体に固定されたカ
   プセルと、前記空室の中に設けられ感圧ダイアフラムを
   挟むように外周を保持して一対のセンサ圧力室を形成す
   る一対の支持ブロックと、これらの支持ブロックの周囲
   に所定の圧縮歪が付与された状態で封止された体積収縮
   率の大きい充填材と、前記ダイアフラム室と前記センサ
   圧力室とをそれぞれ連絡する一対の連通孔と、これ等の
   連通孔の内部に封入された封液とを具備することを特徴
   とする差圧伝送器。