JPH0476430A

JPH0476430A - 差圧測定装置

Info

Publication number: JPH0476430A
Application number: JP18995890A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kuwayama; 桑山　秀樹; Tokuji Saegusa; 三枝　徳治
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1992-03-11

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、ベローズを使用した、簡易、低コス１〜の過
大圧保護機槽を有する差圧測定装置に関するものである
。

〈従来の技術〉第７図は従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図で、例えば、ＵＳＰ４１３５４０７号に示されてい
る。

図において、ハウジング１の両側に高圧側フランジ２、
低圧ｍ］フランジ３が溶接等によって固定されており、
両フランジ２．３には測定せんとする圧力ＰＨの高圧流
体の導入［１４、圧力ＰＬの低圧流体の導入口５が設け
られている。ハウジング１内に圧力測定室６が形成され
ており、この圧力測定室６内にベロース機構７とシリコ
ンタイアフラム８が設けられている。ベローズ機構７と
シリコンタイアフラム８はそれぞれ別個に圧力測定室６
の壁に固定されており、ベローズｌ［７とシリコンダイ
アフラム８の両者でもって圧力測定室６を２分している
。

ベローズａ梢７は、第８図に示す如く、ベロズ７１と、
ベローズ７１の自由端に一端が接続され他端にストッパ
ー７２が取付けられた移動棒７３と、ストッパー７２’
ｎａＪの移動棒７３に摺動自由に取付けられたスリーブ
７４と、スリーブ７４とストッパー７２を介してベロー
ズ７１に圧縮力を加えるスプリング７５とよりなる。

シリコンダイアフラム８は全体が単結晶のシリコン基板
から形成されている。シリコン基板の一方の面にボロン
等の不純物を選択拡散して４つのストレイゲージ８０を
形成し、他方の面を機械加１、エツチングし、全体が凹
形のダイアフラムを形成する。４つのストレインゲージ
８０は、シリコンタイアフラム８が差圧ΔＰを受けてた
わむ時、２つか引張り、２つが圧縮を受けるようになっ
ており、これらがホイートストン・ブリッジ回路に接続
され、抵抗変化が差圧ΔＰの変化として検出される。

支持体９は、ハーメチック端子を備えており、支持体９
の圧力測定室６１Ｉ！Ｉ端面に低融点ガラス接続等の方
法でシリコンダイアフラム８が接着固定されている。

ハウジング１と高圧側フランジ２、および低圧側フラン
ジ３との間に、圧力導入室１０．１１か形成されている
。この圧力導入室１０．１１内に隔液ダイアフラム１２
．１３を設け、この隔液ダイアフラム１２，１３と対向
するハウジング１の壁１０Ａ、ＩＩＡに隔液ダイアフラ
ム１２，１３と類似の形状のバックプレートが形成され
ている。

隔液ダイアフラム１２．１３とバックプレート１ＯＡ、
ＩＩＡとで形成される空間と、圧力測定室６は、連通孔
１４．１５を介して導通している。

而して、連通孔１４はベローズ７１の外側に連通され、
連通孔１５はベローズ７１の内側に連通されている。そ
して、隔液ダイアフラム１２，１３間にシリコンオイル
等の封入１１０１，１０２が渦たされ、この封入液がシ
リコンダイアフラム８の上下面にまで至っている、封入
１１０１，１０２はベローズ機構７とシリコンダイアフ
ラム８とによって２分されているが、その量が、はぼ均
等になるように配慮されている。

以上の構成において、高圧側から圧力か作用した場合、
隔液ダイアフラム１２に作用する圧力が封入液１０１に
よってシリコンダイアフラム８に伝達される。

一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラ
ム１３に作用する圧力が封入液１０２によってシリコン
ダイアフラム８に伝達される。

この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコン
ダイアフラム８が歪み、この歪み量がストレインゲージ
８０に因って電気的に取出され、差圧の測定が行なわれ
る。

この場合、Ｗ＋定範囲ではベローズ７１には所定の圧縮
力か加えられているので、ベローズ７１は変位しない。

高圧側から過大圧力が作用した場合、第９図に示す如く
、ベローズ７１はスプリング７５の力に打勝って縮み、
隔液ダイアフラム１２側の封入液１０１を吸収し、隔液
ダイアフラム１２がバックプレー　ト１０Ａに当たって
、これ以上の過大圧力は加わらない。

低圧−ｊから過大圧力が作用した場合、第１０図に示ず
々１１＜、ベローズ７１は伸び、隔液ダイアフラム１３
側の封入液１０２を吸収し、隔液ダイアフラム１３がバ
ックプレートＩＩＡに当たって、これ以上の過大圧力は
加わらない。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、この様な装置においては、過大圧保護１
１桶としてのベローズＲＩｌＩ７の機能が満足に動作す
る為には、ベローズ７１は、隔液ダイアスラム１２．１
３とバックプレートＩＯＡ、１１Ａの間の容積を全部吸
収出来るように変位量を大きく設計しなくてはならない
。

しかし、例えば、１００Ｋｇ／ｃｍ２を越える差圧測定
装置の場合、ベロースフ１はこの圧力に絶えられなけれ
ばならない。この為、ベローズ７１の直径が小さく、板
厚が厚くなり上記容積を吸収することが出来なくなる。

一方、低圧側はシリコンタイアフラム８の１ｍ上、支持
体９への接合力の制約から、例えば、ＩＫ　ｇ　／　ｃ
　ｍ　２以上の過大圧は加えられる事が出来ない。

本発明は、この問題点を、解決するものである。

本発明の目的は、ベローズを使用した、簡易、低コスト
の過大圧保護Ｒ梢を有する差圧測定装置を提供するにあ
る。

く問題を解決するための手段〉この目的を達成するために、本発明は、内部に封入液が
満たされたハウジングと、該ハウジングの両側面に設け
られ前記封入液と高圧側測定流体と低圧側Ｊｌ定流体と
をそれぞれ分離する隔液ダイアフラムと、前記ハウジン
グ内に設けられたベロスと、前記ハウジング内に設けら
れ該ベローズともに前記封入液を２分するように設けら
れた圧力−電気信号変換素子とを具備する差Ｆｆ：、測
定装置において、ダイアフラムの変位が一定以上変位しないように設けら
れた変位制御手段を持つシリ：１ンのセンサチップと前
記ダイアフラムに設けられた機械−電気信号変換素子と
を備える圧力−電気信号変換素子と、前記ハウジング内
に設けられたベローズと、前記ハウジング内に設けられ
前記高圧側測定流体圧力を前記第１室の外側と該ベロー
ズの外側に連通ずる第１連通孔と、前記ハウジング内に
設けられ前記低圧側測定流体圧力を前記第１室とｍｌ記
ベローズの内側に連通ずる第２連通孔と、前記ハウジン
グ内に設けられ前記ベローズに所定の圧縮力を加えるス
プリングとを具備したことを特徴とする差圧測定装置を
構成したものである。

く作用〉以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、
隔液ダイアフラムに作用する圧力が封入液によってシリ
コンダイアフラムに伝達される。

一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラ
ムに作用する圧力が封入液によってシリコンダイアフラ
ムに伝達される。

この場合、測定範囲ではベローズには所定の圧縮力が加
えられ各ひ殆んど密着線ばかりに縮んでいるので、ベロ
ーズは変位しない。

而して、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコンダ
イアフラムが歪み、この歪み量が圧力−電気信号変換素
子に因って電気的に取出され、差圧の測定が行なわれる
。

高圧側から過大圧力が作用した場合、ダイアフラムは浅
い凹部の深さの分のみ変位し、基板に接する事によって
、それ以上の過大圧力が印加されても破損することなく
保護される。

一方、ベローズは、すでに各ひだが殆んど密着せんばか
りまで縮んでいるので、最大圧力が印加してもそれ以上
変位しない。

低圧側から過大圧力が作用した場合、ベローズは仲ひ、
隔液ダイアフラム側の封入液を吸収し、隔液ダイアフラ
ムがバックブレートこれ以−ヒの過大圧力は加わらない。

以下、実施例に基づき詳細に説明する。

〈実施例〉第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図である。

図において、第７図と同一記号の構成は同一機能を表わ
す。

以下、第７図と相違部分のみ説明する。

２１は、センサチップ２１１と基板２１２と機械−電気
信号変換素子２１３とを有する圧カー電気信す°変換素
子である。

センサチップ２１１は、ダイアフラムの変位が少なくな
るように深さの極めて浅い四部２１１１により形成され
たダイアフラム２１１２を有し、シリコン材よりなる。

基板２１２は、センサチップ２１１に一面が接続され、
センサチップ２１１の凹部２１１１と第１室２１４を構
成する機械−電気信号変換素子２１３は、ダイアフラム２１１
２に設けられている。この場合は、ストレインゲージが
ｆ重用されている。

２２は、ハウジング１内に設けられたベローズである。

ベローズ２２は、第３図、第４図に示す如く、ドナツ盤
状の薄板２２１，２２２，２２３゜２２４の内周縁と外
周縁とを互いに溶接Ａして形成する。

２３は、ハウジング１内に設けられ高圧側Ｊｌ定流体圧
力を第１室２１４の外側とベローズ２２の外側に連通ず
る第１連通孔である。

２４は、ハウジング１内に設けられ低圧側測定流体圧力
を第１室２１４とベローズ２２の内ｍｌに連通ずる第２
連通孔である。

２５はハウジング１内に設けられベローズ２２に所定の
圧縮力を加えるスプリングである。

以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、
隔液ダイアフラム１２に作用する圧力が封入液１０１に
よってシリコンタイアフラム２１１２ｔこｆ公達される
。

一方、低圧（ｍから圧力が作用した場合、隔液ダイアフ
ラム１３に作用する圧力が封入液１０２によってシリコ
ンタイアフラム２１１２に伝達される。

この場合、測定範囲ではベローズ２２には所定のりｉ縮
力かスプリング５により加えられているので、ベローズ
２２は変位しない。

而して、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコンタ
イアフラム２１１２が歪み、この歪み量が機械−電気信
号変換素子２１３に因って電気的に取出され、差圧の制
定が行なわれる。

高圧側から過大圧力か作用した場合、ダイアフラム２１
１２は浅い凹部２Ｊ１１の深さの分のみ変位し、基板に
接する事によって、それ以上の過大圧力か印加されても
破損することなく保護される。

一方、第５図に示す如く、ベローズ２２は各ひだが殆ん
ど密着ぜんばがりまで縮んでいるので、それ以上、過大
圧が印加しても、変位することなく、また、高圧にも耐
え、塑性変形する事がない。

低圧側から過大圧力が作用した場合、第６図に示す如く
、ベローズ２２は伸び、隔液ダイアフラム１３側の封入
液１０２を吸収し、隔液ダイアフラム１３かバックプレ
ートＩＩＡに当たって、これ以上の過大圧力は加わらな
い。

この結果、高圧側からの大きな過大圧に対しては、シリ
コンタイアフラムの変位を基板で止めて保護し、低圧側
からの過大圧に対しては、ベロズ２２が大きく伸びて、
確実に過大圧を保護出来、過大圧保護Ｒ椙の構成要素は
少なくて済むので、安価な機構が得られる。

なお、前述の実施例においては、センサは半導体センサ
のものについて説明したが、これに限ることはなく、ま
た、検出方式は、抵抗式、振動式、容量式のいずれでも
良いことは勿論である。

また、スプリング２５は無くても良いことは勿論である
。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明は、内部に封入液か満たさ
れたハウジングと、該ハウジングの両側面に設けられ前
記封入液と高圧側測定流体と低圧側測定流体とをそれぞ
れ分雛する隔液ダイアフラムと、前記ハウジング内に設
けられたベローズと、前記ハウジング内に設けられ該ベ
ローズともに前記封入液を２分するように設けられた圧
力−電気信号変換素子とを具備する差圧測定装置におい
て、ダイアフラムの変位か一定以上変位しないように設
けられた変位制御手段を持つシリコンのセンサチッグと
前記ダイアフラムにＢＬｊちれた機械−電気信号変換素
子とを備える圧力−電気信号変換素子と、前記ハウジン
グ内に設けられたベローズと、前記ハウジング内に設け
られ前記高圧側測定流体圧力を前記第１室の外側と該ベ
ローズの外側に連通ずる第１連通孔と、前記ハウジング
内に設けられ前記低圧側測定流体圧力を前記第１室と前
記ベローズの内側に連通ずる第２連通孔と、前記ハウジ
ング内に設けられ前記ベローズに所定の圧縮力を加える
スプリングとを具備したことを特徴とする差圧測定装置
を構成した。

この結果、高圧側からの大きな過大圧に対しては、シリ
コンダイアフラムが基板に＠座することによって保護し
、低圧側からの過大圧に対しては、ベローズが大きく伸
びて、シリコンセンサに一定以上の圧力印加しない為、
研実に過大圧を保護出来、過大圧保護機構の構成要素は
少なくて済むので、安価な機構か得られる。

従って、本発明によれば、ベローズを使用した、簡易、
低コストの過大圧Ｃ１，護機梢を有する差圧測定装置を
実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図、第２図、
第３図、第４図は第１図の部品説明図、第５図、第６図
は第１図の動作説明図、第７図は従来より一般に使用さ
れている従来例の構成説明図、第８図、第９図、第１０
図は第７図の動作説明図である。１・・・ハウジング、２・・・高圧側フランジ、３・・
・低圧側フランジ、４，５・・・導入口、６・・・圧力
測定室、７・・・ベローズ機構、９・・・支持体、１０
．１１・・・圧力導入室、１０Ａ、１１Ａ・・・バック
プレート、１２．１３・・・隔液タイアフラム、２１・
・・カバー、２１１・・・センサチンプ、２１１１・・
・凹部、２１１２・・・タイアフラム、２１２・・・基
板、２１３・・・機織電気信号変換素子、２１４・・・
第１室、２２・・・ベロス、２２１，２２２，２２３，
２２４，２２５・・・薄板、２３．２４・・・連通孔、
２５・・・スプリング。

Claims

【特許請求の範囲】内部に封入液が満たされたハウジングと、該ハウジングの両側面に設けられ前記封入液と高圧側測
定流体と低圧側測定流体とをそれぞれ分離する隔液ダイ
アフラムと、前記ハウジング内に設けられたベローズと、前記ハウジ
ング内に設けられ該ベローズともに前記封入液を２分す
るように設けられた圧力−電気信号変換素子とを具備する差圧測定装置において、ダイアフラムの変位が一定以上変位しないように設けら
れた変位制御手段を持つシリコンのセンサチップと前記ダイアフラムに設けられた機械−電気信号変換素子
とを備える圧力−電気信号変換素子と、前記ハウジング内に設けられたベローズと、前記ハウジ
ング内に設けられ前記高圧側測定流体圧力前記圧力−電
気信号変換素子の外側と該べローズの外開に連通する第
１連通孔と、前記ハウジング内に設けられ前記低圧側測定流体圧力を
前記圧力−電気信号変換素子の内側の室と前記ベローズ
の内側に連通する第２連通孔と、前記ハウジング内に設
けられ前記ベローズに所定の圧縮力を加えるスプリング
とを具備したことを特徴とする差圧測定装置。