JPH07198519A

JPH07198519A - 差圧・圧力発信器

Info

Publication number: JPH07198519A
Application number: JP35170993A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kudo; 厚志工藤
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】バリアダイヤフラムでの移動量に対するコン
プライアンスを調整し、ヒステリシスを最小に抑え、ゼ
ロ点シフトやスパンシフトの問題も解消する。【構成】バリアダイヤフラム３，４を両端部に有する
一対のボディ１，２間にセンタダイヤフラム７が挾持し
て設けられる。各バリアダイヤフラムとセンタダイヤフ
ラムによって画成されたそれぞれの空間１０，１１に、
封入液１７が充填封入される。この封入液を、加圧状態
に保持するとともに、バリアダイヤフラムを外側に変位
させるように構成する。そして、バリアダイヤフラム
を、その移動量に対するコンプライアンスが最大である
凸側に膨出した点を中心として動くようにし、ヒステリ
シスを最小に抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力または差圧指示発信
器（以下、差圧・圧力発信器という）に関し、特に各測
圧部に封入される封入液の封入圧力、封入量を調整する
ことによりダイヤフラムでのヒステリシス問題を解消し
てなる差圧・圧力発信器に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の差圧・圧力発信器は、たとえば
管内流体の流量や密閉容器での液面等を得るために、各
種プロセス流体の圧力、差圧を測定し、その測定信号を
コントローラ側に発信するために測定現場等に設置され
るものであり、標準型、フランジ型、リモートシール型
等といった種々の構造によるものが、従来から種々知ら
れている。

【０００３】たとえばこの種の差圧・圧力発信器として
一般によく知られている標準型の差圧発信器は、一対を
なす検出部ボディの両側端面部に一対をなす測圧用のバ
リアダイヤフラムを設け、これらバリアダイヤフラムに
よりシリコンオイル等の圧力伝達用封入液が封入される
一対の圧力室を形成するとともに、両ボディ間に内室を
形成し、これをセンタダイヤフラムによって左、右室に
画成し、それぞれを各圧力室に検出部ボディ内に設けた
連通路によって連通させ、さらにこれら左、右連通路に
よる封入回路間に、半導体感圧センサ等の圧力検出手段
（圧力センサ）を介在させて配設するような構成となっ
ている。

【０００４】そして、検出部ボディの両端側にバリアダ
イヤフラムによる受圧部を覆うカバー内に形成される測
圧室に、プロセス側の被測定流体を高圧ＰＨ、低圧ＰＬ
がそれぞれ印加することにより、このときの差圧（ＰＨ
−ＰＬ）がバリアダイヤフラム、センタダイヤフラム間
の連通路等の封入回路での圧力伝達用封入液を介して圧
力検出手段に伝達され、これによって前記両測定流体の
差圧が検出され、その測定値に応じた種々の検出信号を
主機器側に発信するものであった。

【０００５】また、このような従来の差圧・圧力発信器
において、波形状のバリアダイヤフラムでの差圧と体積
移動量との関係は、図４および図５から明らかなよう
に、非対称となっている。すなわち、図４においてこの
ようなバリアダイヤフラムａが差圧力を受け、封入回路
内で封入液ｂが所要の体積移動量だけ移動することによ
って凸側または凹側に変位したときの図５に示したＰ−
Ｖ特性の＋ｘ〜−ｘの範囲での特性曲線において、その
特性曲線での傾きの大きい部分はヒステリシスが大きい
ものであり、しかも凹側の特性は、凸側に比べて傾きが
大きく、ヒステリシスが大きくなっている。

【０００６】ここで、図４においてｃはバリアダイヤフ
ラムａが封入液封入空間を形成して設けられる受圧面部
を有するボディである。また、図５でのＰ−Ｖ特性にお
いて差圧・圧力発信器で検出可能な範囲である＋ｘ〜−
ｘ間での絶対値は等しく、しかもそれぞれの＋側（凸
側）の傾きは、−側（凹側）よりも小さくなるようにな
っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した差
圧・圧力発信器において、たとえば実開昭６１−５０２
４１号公報等に示されるようなフランジ型のものでは、
ＰＬ側に比べてＰＨ側の封入液量が多くなっており、こ
れにより温度による封入液量の変化でＰＨ側のバリアダ
イヤフラムの方が、ＰＬ側よりも大きく動くものであっ
た。

【０００８】そして、上述したＰＨ側のバリアダイヤフ
ラムは、一般に、２５℃で差圧が「０」のときにフラッ
トとなるように設定されるものであって、温度が２５℃
以下のときには、図５において傾きが大きくなる部分を
多く使うので、ヒステリシスが大きく出るという不具合
があった。また、このような場合には、ゼロ点シフト、
スパンシフトも大きいという不具合もあった。

【０００９】このような問題は、上述したフランジ型に
限らず、左、右の封入液量が略等しい標準型の差圧・圧
力発信器においても同様に生じるものであり、このよう
な点、つまりバリアダイヤフラムでのヒステリシスの問
題やゼロ点シフト、スパンシフトのずれが大きい等の問
題を一掃し得る何らかの対策を講じることが望まれてい
る。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、バリアダイヤフラムが、全使用温度、全圧
力範囲において、コンプライアンスが最大であって最も
柔らかくなる点を中心とするように封入液で調整を行な
うことにより、ヒステリシス問題、ゼロ点シフト、スパ
ンシフト問題を一掃することが可能となる差圧・圧力発
信器を得ることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した要請に応えるた
めに本発明に係る圧力・差圧発信器は、バリアダイヤフ
ラムを両端部に有する一対のボディ間にセンタダイヤフ
ラムを挾持して設け、かつ各バリアダイヤフラムとセン
タダイヤフラムによって画成されたそれぞれの空間に封
入液を充填封入するにあたって、この封入液を加圧状態
に保持するとともに、バリアダイヤフラムを外側に変位
させているものである。

【００１２】

【作用】本発明によれば、差圧・圧力発信器での波状バ
リアダイヤフラムにおいて、その移動量に対してコンプ
ライアンスが最大であって最も柔らかくなる点が、凸側
に膨出したところにあることに鑑み、全温度、全圧力の
範囲でダイヤフラムがその点を中心に動くように封入液
で調節してやることにより、ダイヤフラムによるヒステ
リシスを最小に抑えることができる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明に係る差圧・圧力発信器の一実
施例を示すものであり、同図において、まず、この種の
差圧測定用として用いられる差圧発信器における検出器
の概略構成を簡単に説明する。

【００１４】すなわち、図中符号１，２は検出器ボディ
を構成する左、右一対のボディで、それぞれの外側面に
形成されたバックプレート面１ａ，２ａには略波形円板
状を呈する高圧側および低圧側のバリアダイヤフラム
３，４が装着されている。なお、各バックプレート面１
ａ，２ａはそれぞれ前記バリアダイヤフラム３，４と略
同形の波形断面を有する円形状に形成され、かつこれら
バリアダイヤフラム３，４との間に測圧室５，６を形成
するようになっている。さらに、各バリアダイヤフラム
３，４の外側面には、前述したように管内オリフィス上
流側の高圧ＰＨと、下流側の低圧ＰＬとがそれぞれ印加
される。

【００１５】また、左、右ボディ１，２間で接合面に
は、ボディ内室が形成されており、このボディ内室は波
形円板状センタダイヤフラム７によって左、右一対の室
７ａ，７ｂに仕切られ、その一方室７ａが前記高圧側の
測圧室５に圧力媒体流通用の通孔８ａ，９ａを介して連
通されるとともに封入回路１０に連通され、また他方室
７ｂが前記低圧側の測圧室６に通孔８ｂ，９ｂを介して
連通されかつ同様に封入回路１１に連通されている。

【００１６】なお、左、右ボディ１，２の外周部上端部
には、それぞれステンレス等によって形成された内筒１
２ａと外筒１２ｂからなるヘッダ１２が配設され、その
内部にはセンサ部１３が配設される。このセンサ部１３
は、封入回路１０，１１を仕切る従来周知の半導体感圧
センサ１４と、この感圧センサ１４を保護するとともに
内筒１２ａと外筒１２ｂの開口端をシールする保護体１
５とから構成されている。

【００１７】この場合、高圧側の封入回路１０は内筒１
２ａ内部と連通し高圧ＰＨを感圧センサ１４の表面側に
与えている。また、低圧側の封入回路１１は、内筒１２
ａと外筒１２ｂとの間隔通路１６を介して保護体１５内
等に形成された通路に連通され低圧ＰＬを感圧センサ１
４の内側面に与えている。そして、各測圧室５，６から
通孔８ａ，９ａ；８ｂ，９ｂ、封入回路１０，１１を経
て感圧センサ１４の高圧側と低圧側とに至る間の導通路
中にはシリコンオイル等の封入液１７が圧力伝達媒体と
してそれぞれ封入されている。なお、図中１８は高圧側
および低圧側の圧力流体の通孔および導通路に設けられ
た絞り部材である。

【００１８】そして、このような構成による差圧発信器
において、バリアダイヤフラム３，４にプロセス側から
高圧ＰＨ、低圧ＰＬがそれぞれ印加されると、このとき
の差圧（ＰＨ−ＰＬ）が半導体感圧センサ１４に加えら
れるため、このセンサ１４は差圧に応じて変形し、その
変形量が電気的に取り出され、図示せぬ増幅器で増幅さ
れた後、計器などに表示されたり、遠隔発信される。

【００１９】さて、本発明によれば、前述したような差
圧・圧力発信器の検出部において、バリアダイヤフラム
３，４を両端部に有する一対のボディ１，２間にセンタ
ダイヤフラム７を挾持して設け、かつ各バリアダイヤフ
ラム３，４とセンタダイヤフラム７によって画成された
それぞれの空間（測圧室５；６、通孔８ａ，８ｂ；９
ａ，９ｂ、左、右室７ａ；７ｂ、封入回路１０；１１等
による空間）に封入液１７を充填封入するにあたって、
図１および図２から明らかなように、封入液１７を加圧
状態に保持するとともに、各バリアダイヤフラム３，４
を外側に変位させた状態としたところに特徴を有してい
る。

【００２０】ここで、これらのバリアダイヤフラム３，
４において、図１、図２中実線で示す状態が膨らました
状態であり、波線で示した従来の場合との相違は容易に
理解されよう。

【００２１】そして、このような構成によれば、差圧・
圧力発信器での波状を呈するバリアダイヤフラム３，４
において、その移動量に対してコンプライアンスが最大
であって最も柔らかくなる点が、凸側に膨出したところ
にある点に基づき、全温度、全圧力の範囲でバリアダイ
ヤフラム３，４がその点を中心に動くように封入液１７
で調節してやると、バリアダイヤフラム３，４によるヒ
ステリシスを最小に抑えられることになる。

【００２２】すなわち、このような構成では、簡単な構
成であるにもかかわらず、バリアダイヤフラム３，４
が、全使用温度、全圧力範囲において、コンプライアン
スが最大であって最も柔らかくなる点を中心とするよう
に封入液で調整を行なうことで、これによりヒステリシ
スを最小とし、ゼロ点シフトやスパンシフト問題を解消
することが可能となる。

【００２３】換言すれば、本発明によれば、差圧・圧力
発信器での封入液１７の封入量、封入状態を調整するこ
とにより、波状バリアダイヤフラム３，４での移動量に
対するコンプライアンスの最大となる点を中心としての
動きを可能とし、これによりヒステリシスを最小に抑え
ることができるため、その結果として高精度な測定が可
能となる。また、本発明によれば、封入液１７の体積移
動量に対して差圧変化の小さい特性部分を使用するの
で、ゼロ点シフトやスパンシフトを小さくすることがで
き、これにより差圧・圧力発信器としての効果を発揮し
得るものである。

【００２４】このような利点を、図２および図３を用い
て詳述すると、波状バリアダイヤフラム３，４での差圧
Ｐと体積移動量Ｖとの関係は、図３から明らかなよう
に、点（０，０）に対して非対称であるが、コンプライ
アンスが最大となる点（Ｖ＝Ｖ0 ）においては対称とな
っている。ここで、特性曲線のうち、傾きの大きい部分
はヒステリシスが大きいので、このような部分はできる
だけ使用しないようにし、全使用温度、全圧力範囲にお
いて、点Ｖ0 を中心に動くように設定し、ヒステリシス
を最小に抑えるとよい。

【００２５】このため、本発明では、各バリアダイヤフ
ラム３，４によって画成されている封入回路部分への封
入液１７の封入を、この封入液１７への加圧状態によっ
て、各バリアダイヤフラム３，４が、外側に膨らむよう
な変形状態を得られるようにして充填することにより、
上述した動きの中心点を移動変位させ、上述したように
ヒステリシスを最小に抑えることができるものである。

【００２６】このとき、図３から明らかなように、点Ｖ
0 を中心とした方が差圧Ｐの変化が小さくなり（図中Δ
Ｐ1 ，ΔＰ0 参照）、傾きの変化も小さくなるので、結
果としてゼロ点シフト、スパンシフトが小さくなること
は明らかであろう。

【００２７】ここで、差圧・圧力発信器において従来
は、ＰＬ側での封入液量が１５６６ｍｍ³ 、ＰＨ側での
封入液量が１９１１ｍｍ³ であって、膨らます量が４２
０ｍｍ³ でかつ封入液の圧力が４．２０×１０³ （Ｐ
ａ）であったのに対し、本発明では、安定点まで膨らま
した場合（実験値で４６０ｍｍ³ ）に、ＰＬ側での封入
液量が１６０６ｍｍ³ 、ＰＨ側での封入液量が１９５１
ｍｍ³ であって、膨らます量が４６０ｍｍ³ でかつ封入
液の圧力が４．６０×１０³ （Ｐａ）とするとよいこと
が実験により確認されている。

【００２８】なお、本発明は上述した実施例構造に限定
されず、差圧または圧力発信器各部の形状、構造等を、
適宜変形、変更することは自由で、種々の変形例が考え
られる。また、本発明を適用して好適な差圧・圧力発信
器の形式としては、実施例のような標準型に限らず、フ
ランジ型、リモートシール型等であっても適用して効果
を発揮し得ることは容易に理解されよう。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る差圧・
圧力発信器によれば、バリアダイヤフラムを両端部に有
する一対のボディ間にセンタダイヤフラムを挾持して設
け、かつ各バリアダイヤフラムとセンタダイヤフラムに
よって画成されたそれぞれの空間に封入液を充填封入す
るにあたって、この封入液を加圧状態に保持するととも
に、バリアダイヤフラムを外側に変位させるようにした
ので、簡単な構成であるにもかかわらず、バリアダイヤ
フラムが、全使用温度、全圧力範囲において、コンプラ
イアンスが最大であって最も柔らかくなる点を中心とす
るように封入液で調整を行なうことで、ヒステリシスを
最小とし、ゼロ点シフトやスパンシフト問題を解消する
ことが可能であるという優れた効果を奏する。

【００３０】換言すれば、本発明によれば、差圧・圧力
発信器での波状バリアダイヤフラムにおいて、その移動
量に対してコンプライアンスが最大であって最も柔らか
くなる点が、凸側に膨出したところにあることに鑑み、
全温度、全圧力の範囲でダイヤフラムがその点を中心に
動くように封入液で調節してやることによって、ダイヤ
フラムによるヒステリシスを最小に抑えることができる
ようにしたもので、これにより差圧・圧力発信器として
優れた効果を奏するものである。

【００３１】すなわち、上述したようにヒステリシスを
小さくすることができるため、高精度な測定が可能とな
る。また、封入液の体積移動量に対して差圧変化の小さ
い特性部分を使用するので、ゼロ点シフトやスパンシフ
トを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る差圧・圧力発信器の一実施例を示
し、要部とする検出部構造を示す要部断面図である。

【図２】本発明に係る差圧・圧力発信器における作用効
果を説明するためのバリアダイヤフラム部分の概略図で
ある。

【図３】バリアダイヤフラムでのＰ−Ｖ特性において本
発明による使用範囲を示す特性図である。

【図４】従来のバリアダイヤフラム部分の概略図であ
る。

【図５】バリアダイヤフラムでのＰ−Ｖ特性において従
来の使用範囲を示す特性図である。

【符号の説明】

１検出部ボディ１ａバックプレート面２検出部ボディ２ａバックプレート面３波状のバリアダイヤフラム４波状のバリアダイヤフラム５測圧室６測圧室７センタダイヤフラム８ａ圧力媒体流通用通孔９ａ圧力媒体流通用通孔１０封入回路１１封入回路１２ヘッダ１３センサ部１４半導体感圧センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バリアダイヤフラムを両端部に有する一
対のボディ間にセンタダイヤフラムを挾持して設け、か
つ前記各バリアダイヤフラムとセンタダイヤフラムによ
って画成されたそれぞれの空間に封入液を充填封入した
差圧・圧力発信器において、前記封入液は加圧状態に保持されるとともに、前記バリ
アダイヤフラムを外側に変位させていることを特徴とす
る差圧・圧力発信器。