JPH0541389Y2

JPH0541389Y2 -

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Publication number: JPH0541389Y2
Application number: JP1985006212U
Authority: JP
Priority date: 1985-01-22
Filing date: 1985-01-22
Publication date: 1993-10-20
Anticipated expiration: 2000-01-22
Also published as: JPS61123950U

Description

【考案の詳細な説明】 (a) 技術分野本考案は、圧力変換器に係り、より詳細には、
流体を圧力媒体としてダイヤフラムを変形せしめ
このダイヤフラムの変形をひずみゲージにより検
出して印加圧力に対応する電気信号を得る圧力変
換器に関するものである。

(b) 従来技術従来、この種の圧力変換器は、例えば第５図に
示すように構成されていた。

第５図において、１は、タンクまたは管路等内
から圧力媒体である流体を導入するための略円筒
状の圧力導入部であり、一端側外周に雄ネジ部１
ａが形成され、他端寄り中間部にフランジ部１ｂ
が形成され、他端側に小径とされた嵌合部１ｃが
形成され、さらに一端から他端に貫通する圧力導
入路１ｄが穿設されている。この圧力導入部１
は、この圧力変換器を圧力検出対象物としての機
器、タンクまたは管路等の壁面に形成された圧力
測定用のネジ穴に雄ネジ部１ａが螺合されること
によつて結合される。２は、一端が圧力導入部１
の嵌合部１ｃに嵌合された状態でフランジ部１ｂ
に溶接された略円筒状の支持筒であり、この支持
筒２の内周は両端面側から座繰り加工が施こされ
中間部に一定の肉厚の膜壁が残され、この膜壁が
圧力媒体からの圧力を受けて弾性変形するダイヤ
フラム２ａとなつている。このダイヤフラム２ａ
の受圧面（図において左側の面）とは反対側の起
歪面上にはひずみゲージSGが接着されている。
このひずみゲージSGは、圧力媒体の圧力により
ダイヤフラム２ａに生じたひずみを電気信号に変
換するためのもので、この電気信号は、一端がひ
ずみゲージSGに接続され他端が支持筒２の内周
壁のうちひずみゲージSGの近傍に形成された段
部２ｂに固定された配線基板４の端子に接続され
たゲージリード３によつて中継される。

５は、気密端子板であり、支持筒２の他端側に
突出した薄肉の円筒である気密端子板固定筒２ｃ
に嵌合されその周縁部を溶接されている。この気
密端子板５に穿設された小穴には、絶縁体である
絶縁ガラス６で外周を覆われた導電ピン７が嵌挿
固定されている。配線基板４側に突出した各導電
ピン７と一端と配線基板４の所定の各端子とはそ
れぞれリード線８によつて電気的に接続されてい
る。また、ダイヤフラム２ａと気密端子板５と気
密端子板固定筒２ｃとで囲まれた気密空間９には
不活性ガス等が充填されており、ひずみゲージ
SGの湿気等による経時変化（絶縁抵抗の低下等）
を防止する処理がなされている。気密端子板５か
ら気密空間９の外へ突出した導電ピン７の他端
は、ケーブル１０内に複数本挿通されたリード線
１１の一端に接続されており、このリード線１１
の他端はひずみ測定器（図示せず）に接続されて
いる。１２は、このケーブル１０側より支持筒２
の外周の段部２ｄに一端が嵌合され溶接された円
筒状のケースであり、このケース１２の他端に
は、ケーブル１０を保持するためのケーブルグラ
ンド１３のフランジ部１３ａが嵌合され溶接され
ている。このケーブルグランド１３は、フランジ
部１３ａの中央にケーブル挿通孔１３ｂが穿設さ
れており、このケーブル挿通孔１３ｂには、予め
座金１４、ゴムガスケツト１５、座金１６および
グランドネジ１７がその外周に順次挿通されたケ
ーブル１０の他部が挿入される。そして、グラン
ドネジ１７がケーブルグランド１３のネジ部１３
ｃに螺合されることにより、ケーブル１０の保持
およびケース１２内のある程度の防湿がなされ
る。そして、この圧力変換器の各溶接部は、不活
性ガス中でタングステン棒を電極とし酸化等の虞
れがないイナートガスアーク溶接の一種である
TIG溶接により行われる。

このように構成された従来の圧力変換器は、タ
ンクまたは管路等にその圧力導入部１が中間にガ
スケツト等を介して取付けられ、圧力導入路１ｄ
より導入された圧力媒体の圧力によるダイヤフラ
ム２ａの変形がひずみゲージSGによつて電気信
号に変換され、ひずみ測定器によりその圧力が検
出される。

ところで、この圧力変換器は、正確に測定する
ことのできる圧力の最大値が定格容量として各製
品毎に定められており、一般にこの定格容量内で
使用する限り所定の精度での圧力測定が保証され
る。従つて、圧力の測定には、測定の対象とする
タンクまたは管路内等の圧力媒体の予想最大圧力
をカバーできる定格容量を有した圧力変換器を使
用することが必要となる。

従来よりこのような圧力変換器は、直接圧力を
受ける圧力導入部１およびダイヤフラム２ａは、
一般に強靱な金属材料が用いられ且つ圧力導入部
１と支持筒２との接合部はイナートガスアーク溶
接（例えばTIG溶接）等によつて強固に溶接さ
れ、また、ダイヤフラム２ａは定格容量の５〜10
倍程度の圧力まで耐え得るように構成されてい
る。しかしながら、これら以外の部分について
は、振動程度の外力しか受けないものと考えら
れ、強度上の配慮が全くなされていなかつた。特
に、ひずみゲージSGが配設された気密空間９を
形成する気密端子板５、気密端子板固定筒２ｃ
は、専ら気密性のみ配慮され、外力に対する配慮
は殆んどなされなかつた。

このような圧力変換器は、例えば静的な状態に
ある圧力媒体の圧力を測定する場合には支障がな
くても、動的な繰り返し圧力を受けた場合、ダイ
ヤフラム２ａが劣化し疲労破壊する虞れがある。
そこで、従来は、ダイヤフラム２ａに、例えば定
格の圧力で、10⁷回程度の繰り返し負荷をかけて
疲労破壊試験を行つている。このような従来の圧
力変換器では、通常状態の圧力を測定する場合の
信頼性の面においては容認できるものの、過大圧
の負荷された場合の安全性については、問題が残
されていた。

また圧力媒体がダイヤフラム２ａ等を腐触する
虞れのある液体または気体等である場合や、圧力
変換器が高温下で過大な圧力を受けている場合の
ごとく種々の悪条件が重なり合つたような場合、
あるいはタンクや管路内の圧力が作業員によるバ
ルブ操作ミスや安全装置の故障等により過大な圧
力となつた場合等には、充分安全である筈のダイ
ヤフラム２ａ等が破壊するといつた事態の発生は
皆無とはいえない。例えば、定格容量が２Kgｆ／
cm²の圧力変換器に50Kgｆ／cm²の圧力が負荷された
時には、ダイヤフラム２ａの耐圧力は通常、定格
容量の５〜10倍であるため、先ず、ダイヤフラム
２ａが破壊され、この圧力は気密端子板５に負荷
される。しかしながら、この気密端子板５は、前
述したように気密性のみを意図して形成されてい
るため、気密端子板固定筒２ｃの溶接部の強度を
含めて通常20Kgｆ／cm²程度の耐圧強度しか有して
いない。従つて、ダイヤフラム２ａを破壊した圧
力媒体は、気密端子板５を容易に破壊する。そし
て、この圧力媒体は、ケーブル１０の中を通り外
部に漏れ、さらに圧力が高い場合には、ケース１
２を破壊して漏れ出す虞れもある。

こうして、タンクや管路等より漏出した圧力媒
体は、それが有害物質である場合周辺環境に多大
な影響を与えることとなる。特に、この圧力変換
器により圧力を測定する対象がロケツト、航空
機、あるいは原子力関係の機器、装置等である場
合、圧力変換器の破壊による圧力媒体の漏出は人
命に係る重大な事故を引き起すこととなる。しか
しながら、従来このような問題に対する配慮は全
くなされていなかつた。

そこで、このような問題を防止する方策とし
て、ダイヤフラム２ａを剛性の大なるもので形成
することが考えられるが、ダイヤフラム２ａの剛
性が大となればそれだけ圧力に対するダイヤフラ
ム２ａの変形が小さくなり、出力感度が低下して
しまう。また、ダイヤフラム２ａの剛性や肉厚は
そのままとし、過大な圧力によるダイヤフラム２
ａの過大な変位を阻止して破壊を防止すべくダイ
ヤフラム２ａの極く近傍にストツパとしての剛性
の大きな部材を配設することも考えられる。しか
しながら、通常のダイヤフラム２ａの変位量は、
定格の圧力において２０μm以下であり、ダイヤ
フラム２ａとストツパとの間隔をμmのオーダの
誤差内で正確にダイヤフラム２ａに近接して配設
することは実際上不可能である。

(c) 目的本考案は、上述した安全性に関する種々の問題
点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、出力感度を低下させることなく、ダイヤフ
ラムに定格圧力を超える過大な繰り返し圧力が印
加されたり、ダイヤフラムを破壊せしめる最大限
界圧力を超える超高圧が印加されたり、ダイヤフ
ラムが腐食性を有する圧力媒体を受ける等して万
一ダイヤフラムが破壊した場合でも、その圧力媒
体が圧力変換器の外部に絶対に漏洩しない極めて
安全性の高い圧力変換器を提供することにある。

(d) 構成本考案は、上記の目的を達成させるため、圧力
導入部を介して導入される流体を圧力媒体として
ダイヤフラムを変形せしめこのダイヤフラムの変
形をひずみゲージにより検出して印加圧力に対応
する電気信号を得る圧力変換器において、超高圧
に耐える強度を付与された圧力導入部と、この圧
力導入部と連通して強固に連接され、内周壁が前
記ダイヤフラムの周縁と一体または一体的に連接
され、前記ダイヤフラムよりも充分厚肉に形成さ
れて超高圧に耐える強度を付与されたダイヤフラ
ム支持筒と、前記ひずみゲージからの電気信号を
導出する導電ピンが、充分厚肉に形成されて超高
圧に耐える強度を付与された気密端子板の一面側
から他面側に挿通され且つ薄肉の円筒状を呈しま
たは大径面側を前記ダイヤフラム側に向けられた
円錐状を呈し超高圧に耐える剪断強度を付与され
た絶縁ガラスを介して気密状態に固着された気密
端子と、を備え、この気密端子またはこの気密端
子と一体に連接され且つ厚肉に形成されて前記超
高圧に耐える強度を付与された気密端子保持板を
前記ダイヤフラム支持筒の端部に溶接により強固
に固着してなり、前記ひずみゲージが添着された
前記ダイヤフラムを定格容量の５〜10倍程度の耐
圧強度に構成するともに前記ダイヤフラムの非受
圧面の背後を前記ダイヤフラム支持筒と前記気密
端子または前記気密端子保持板とにより適宜空間
を存して気密裏に囲繞し、且つ定格容量の数百倍
程度の前記超高圧が印加され万一前記ダイヤフラ
ムが破壊しても前記圧力導入部、前記ダイヤフラ
ム支持筒、前記気密端子および／または前記気密
端子保持板が破壊しない耐圧強度に構成したこと
を特徴としたものである。

以下、本考案の一実施例を図に基づいて具体的
に説明する。

第１図は、本考案の一実施例である圧力変換器
の断面図を示したものであり、第５図に示した従
来例と同一部材には同一符号を付してその説明を
省略する。

同図において、ダイヤフラム１８ａの周縁に一
体に形成された略円筒状を呈する支持筒１８は、
一端が圧力導入部１の嵌合部１ｃに嵌合された状
態でフランジ部１ｂに電子線溶接により溶接され
ている。そして、ダイヤフラム１８ａの受圧面と
は反対側（第１図において右側）の起歪面上に
は、ひずみゲージSGが接着、蒸着、融着等の手
段によつて添着されており、このひずみゲージ
SGからの電気信号は、ゲージリード３を介して
支持筒１８に形成された段部１８ｂに固定された
配線基板４の端子に伝達される。そして、この支
持筒１８の他端側は、ダイヤフラム１８ａと比較
して充分厚肉とされた気密端子板固定筒１８ｃと
なつており、この端部には気密端子板１９が嵌合
され電子線溶接により溶接されている。この気密
端子板１９は、気密端子板固定筒１８ｃと同様に
ダイヤフラム１８ａに比べ充分に厚肉に形成され
ており、その一方、の面から他方の面にかけ絶縁
ガラス２０がその外周に被着されてなる導電ピン
２１が嵌挿され且つ固着されている。そして、導
電ピン２１の一端は、配線基板４の所定の端子と
リード線８を介して電気的に接続され、各他端
は、ケーブル１０内に挿通された各リード線１１
の一端に接続されている。ここで、導電ピン２１
と絶縁ガラス２０と気密端子板１９とより構成さ
れる部分を気密端子２２と称することとする。

また、ダイヤフラム１８ａと気密端子２２と気
密端子板固定筒１８ｃとで気密裏に囲繞された気
密空間９には、湿気や酸化によるひずみゲージ
SGの経時変化を防止するために不活性ガスが封
入されている。そして最後に、支持筒１８の外周
の段部１８ｄにケース１２の一端が嵌合され且つ
溶接されており、そして、ケース１２の他端にケ
ーブル１０の保持およびケース１２内の防湿のた
めのケーブルグランド１３が嵌合され且つ溶接さ
れている。ここで、ケース１２と支持筒１８との
溶接、およびケース１２とケーブルグランド１３
との溶接は、従来と同様にイナートガスアーク溶
接（TIG溶接等）あるいは電子線溶接等によつて
行われる。

このように構成された圧力変換器は、従来例
（第５図示）と比較して、気密端子板固定筒１８
ｃおよび気密端子２２がダイヤフラム１８ａを破
壊する最大限界圧力を超える超高圧にも充分耐え
得るように厚肉に形成されている。また、気密端
子２２の絶縁ガラス２０は、気密端子板１９が厚
肉となつた分だけ長く形成され、この分だけ剪断
強度が高くなつている。また、圧力導入部１と支
持筒１８との結合は、電子線溶接により行われて
いる。この電子線溶接は、微細な溶接を正確に行
うことができ、しかも被溶接物に深く溶け込み強
固で確実な溶接を行うことができる。

従つて、タンクまたは管路等に取付けられた圧
力導入部１より導入された圧力媒体の圧力が、例
えば操作ミス等により過大となつても、圧力導入
部１と支持筒１８との溶接部から圧力媒体が漏洩
する心配は全くない。また、この圧力媒体が、万
一ダイヤフラム１８ａを破壊した場合であつて
も、圧力媒体は気密端子板固定筒１８ｃおよび気
密端子２２によつて阻止され、ケーブル１０側ま
たはケース１２を破壊して外部へ漏出する虞れは
ない。また、この気密端子板１９は、電子線溶接
によつて気密端子板固定筒１８ｃに非常に強固に
溶接されているため、この溶接部より圧力媒体が
ケース１２の内部空間側に漏出することもない。
また、気密端子２２の絶縁ガラス２０は、気密端
子板１９が厚肉となつた分だけ高い剪断強度を示
し、この絶縁ガラス２０を破壊して圧力媒体が漏
出することもない。実際、このような構成とし
た、例えば定格容量２Kgｆ／cm²の圧力変換器のダ
イヤフラム１８ａに圧力を負荷させたところ、約
20Kgｆ／cm²でダイヤフラム１８ａが破壊され、約
1800Kgｆ／cm²で気密端子２２の導電ピン２１の部
分が破壊された。従つて、この実施例における圧
力変換器は、破壊時の圧力の95％を危険圧力とす
れば、約1700Kgｆ／cm²の圧力まで耐えることがで
きる。換言すれば、これは定格容量の850倍の耐
圧力であり、極めて安全性の高いことを実証した
ことになる。従つて、このように構成された圧力
変換器は、危険を伴う原子力発電所や航空機等の
タンクまたは管路等に取付け使用した場合、過大
な圧力が生じたようなときであつても危険、有害
な圧力媒体が漏れ出すことがないため、重大な事
故を引き起こすこと虞れがなく、極めて安全であ
る。また、この圧力変換器のダイヤフラム１８ａ
は、従来通り定格容量の５〜10倍程度の耐圧強度
に形成することができるから出力感度は低下する
ことがない。

第２図および、第３図は、上述した実施例にお
ける気密端子２２の変形例をそれぞれ示したもの
である。

先ず、第２図に示す実施例における気密端子２
３は、気密端子板２４の導電ピン２１との間を電
気的に絶縁するための絶縁ガラス２５の径をでき
得る限り小径とし、気密端子板２４も超高圧に充
分耐え得る程度の厚さに構成されている。このよ
うに構成することにより、絶縁ガラス２５の圧力
媒体による受圧面積は小さくなり気密端子板２４
をさほど厚肉とすることなく破壊を防ぎ圧力媒体
の漏出を防止することができる。

次に、第３図に示す実施例における気密端子２
６は、気密端子板２７に、気密空間９側を大径と
した円錐状の孔２７ａを穿設し、この孔２７ａに
導電ピン２１を中心部に埋設したやはり円錐状の
絶縁ガラス２８を気密状態で嵌入固着して構成し
たものである。

このように、円錐状をなす絶縁ガラス２８の大
径面側を気密空間９側に向けて配設することによ
り、ダイヤフラム１８ａを破壊した超高圧の圧力
媒体がこの絶縁ガラス２８に負荷されても、絶縁
ガラス２８が気密端子板２７より抜け出すような
ことはなく、圧力媒体が外部に漏出す虞れもな
い。しかも、この実施例のものも、気密端子板２
７を第１図示の気密端子板１９に比べ薄肉にする
ことができる。

第４図は、本考案に係る圧力変換器の他の実施
例の構成を示す断面図である。

この実施例の圧力変換器は、気密端子２９の気
密端子板３０を直接気密端子板固定筒１８ｃに固
着せずに、気密端子板３０を気密端子保持板３１
に一体的に連接固着し、この気密端子保持板３１
の周縁部を気密端子板固定筒１８ｃに固着してな
るものである。

即ち、この実施例の場合、支持筒１８の気密端
子板固定筒１８ｃには、気密端子２９の気密端子
板３０と同じ厚肉なリング状をなす気密端子保持
板３１が嵌合され電子線溶接によつて溶接されて
いる。この気密端子保持板３１の中央には気密空
間９側に凹状部３０ａを有した気密端子板３０が
嵌合され、凹状部３０ａの周壁の端部と気密端子
保持板３１とがTIG溶接または電子線溶接等によ
つて強固に溶接されている。そして、気密端子板
３０には絶縁ガラス２０を介して導電ピン２１が
嵌入され気密状態で固定されている。

この第４図に示す実施例の如く構成すると、定
格容量の異なる圧力変換器を製作する場合、気密
端子２９を共通化して用いることができる。即
ち、定格容量が異なると支持筒１８の大きさも異
なるのが通例であるが、この実施例のように気密
端子保持板３１の大きさを変えるだけで対応でき
るため、気密端子２９の標準化によりコストを低
減化することができる。

また、この第４図の実施例においては、気密端
子保持板３１と気密端子板３０との接合部は、凹
状部３０ａを設けたことにより絶縁ガラス２０ま
での距離が離隔され、また、凹状部３０ａの薄肉
の周壁自体が放熱板の役を果たすので、この接合
部の溶接の際に溶接熱が絶縁ガラス２０を損壊さ
せてしまう虞れがなく、また、その分だけ深い溶
接を行うことができるため、より確実な耐圧構造
を実現することができる。

尚、本考案は、上述した実施例のみに限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々の変形実施が可能である。

例えば、圧力導入部１と支持筒１８間および支
持筒１８と気密端子板１９，２４，２７間または
気密端子保持板３１間の溶接は、電子線溶接に限
られるものではなく、微細で確実な溶接が行える
ものであればよい。

また、絶縁体は、耐熱性、気密性を有するもの
であれば絶縁ガラス２０，２５，２８以外のもの
でもよい。

また、上記実施例においては、ひずみゲージ
SGと気密端子２２，２３，２６との間に配線基
板４を介在させているが、場合によつて、省略す
るか、気密端子２２，２３，２６の背後のケース
１２の内部に配設してもよい。

(e) 効果以上詳述したところより明らかなように、本考
案によれば、定格容量の５〜10倍程度の耐圧強度
を付与されたダイヤフラムの非受圧面側の背後
を、定格容量の数百倍の超高圧に充分耐え得るダ
イヤフラム支持筒と気密端子またはその気密端子
と一体化された気密端子保持板により適宜空間を
存して気密裏に囲繞した構成としたから、出力感
度の低下を招くことなく、例えばダイヤフラムを
破壊せしめる最大限界圧力を超える超高圧が印加
されたり、ダイヤフラムに定格圧力を超える過大
な繰り返し圧力が印加されたり、ダイヤフラムが
腐食性を有する圧力媒体を受けて腐食する等して
万一ダイヤフラムが破壊した場合でも、その圧力
媒体が外部に絶対に漏洩せず、特に気密端子の導
電ピンを、気密端子板の一面側から他面側に挿通
し且つ薄肉の円筒状を呈しまたは大径面側を前記
ダイヤフラム側に向けられ円錐状を呈し超高圧に
耐える剪断強度を付与してなる絶縁ガラスを介し
て気密端子板に気密状態に固着する構成としたか
ら、構成が簡素で、上記ダイヤフラムを破壊した
超高圧の圧力媒体が印加されてもその超高圧に耐
え、応答遅れや圧力媒体の洩れなどが絶対に生じ
ることがなく、従つて、例えば圧力媒体が漏洩す
ると致命的な事故を引き起こす可能性のある環境
下での使用に好適な極めて安全性の高い圧力変換
器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例の構成を示す断面
図、第２図および第３図は、同実施例の要部構成
の変形例をそれぞれ示す断面図、第４図は、本考
案の他の実施例の構成を示す断面図、第５図は、
従来の圧力変換器の構成を示す断面図である。１……圧力導入部、４……配線基板、９……気
密空間、１０……ケーブル、１１……リード線、
１２……ケース、１３……ケーブルグランド、１
８……支持筒、１８ａ……ダイヤフラム、１８ｃ
……気密端子板固定筒、１９，２４，２７，３０
……気密端子板、２０，２５，２８……絶縁ガラ
ス、２１……導電ピン、２２，２３，２６，２９
……気密端子、SG……ひずみゲージ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

圧力導入部を介して導入される流体を圧力媒体
としてダイヤフラムを変形せしめこのダイヤフラ
ムの変形をひずみゲージにより検出して印加圧力
に対応する電気信号を得る圧力変換器において、
超高圧に耐える強度を付与された前記圧力導入部
と、この圧力導入部と連通して強固に連接され、
内周壁が前記ダイヤフラムの周縁と一体または一
体的に連接され、前記ダイヤフラムよりも充分厚
肉に形成されて超高圧に耐える強度を付与された
ダイヤフラム支持筒と、前記ひずみゲージからの
電気信号を導出する導電ピンが、充分厚肉に形成
されて超高圧に耐える強度を付与された気密端子
板の一面側から他面側に挿通され且つ薄肉の円筒
状を呈しまたは大径面側を前記ダイヤフラム側に
向けられた円錐状を呈し超高圧に耐える剪断強度
を付与された絶縁ガラスを介して気密状態に固着
された気密端子と、を備え、この気密端子または
この気密端子と一体に連接され且つ厚肉に形成さ
れて前記超高圧に耐える強度を付与された気密端
子保持板を前記ダイヤフラム支持筒の端部に溶接
により強固に固着してなり、前記ひずみゲージが
添着された前記ダイヤフラムを定格容量の５〜10
倍程度の耐圧強度に構成するともに前記ダイヤフ
ラムの非受圧面の背後を前記ダイヤフラム支持筒
と前記気密端子または前記気密端子保持板とによ
り適宜空間を存して気密裏に囲繞し、且つ定格容
量の数百倍程度の前記超高圧が印加され万一前記
ダイヤフラムが破壊しても前記圧力導入部、前記
ダイヤフラム支持筒、前記気密端子および／また
は前記気密端子保持板は破壊しない耐圧強度に構
成したことを特徴とする圧力変換器。