JPH081468Y2

JPH081468Y2 - 差圧測定装置

Info

Publication number: JPH081468Y2
Application number: JP1990062885U
Authority: JP
Inventors: 秀樹桑山; 隆史宮下
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1990-06-14
Filing date: 1990-06-14
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2005-06-14
Also published as: JPH0421939U

Description

【考案の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本考案は、測定レンジの広い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、特開昭60-238732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、低圧側フランジ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P_Hの高圧流
体の導入口４、圧力P_L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内にセンタダイアフラム７とシリ
コンダイアフラム８が設けられている。センタダイアフ
ラム７とシリコンダイアフラム８はそれぞれ個別に圧力
測定室６の壁に固定されており、センタダイアフラム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。センタダイアフラム７と対向する圧力
測定室６の壁6A,6Bには、センタダイアフラム７と類似
の形状のバックプレートが形成されている。このバック
プレート6A,6Bは、圧力測定室６の容積を減少させるの
に有効である。

71はバックプレート6Bの壁面に設けられ、先端面がセ
ンタダイアフラム７の中央部にみ接触する過大圧保護用
突起である。

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っのストレインゲージ80
を形成し、他方の面を機械加工、エッチングし、全体が
凹形のダイアフラムを形成する。４っのストレインゲー
ジ80は、シリコンダイアフラム８が差圧ΔＰを受けてた
わむ時、２つが引張り、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。

ハウジング１は一般にステンレス鋼で作られており、
シリコンダイアフラム８とではかなりの熱膨脹係数の違
いがある。このためハウジング１とシリコンダイアフラ
ム８との間に、シリコンと大体同じ熱膨脹係数を有する
中空の支持体９を設け、シリコンダイアフラム８を圧力
測定室６内に突出させるようにする。支持体９に硼圭ガ
ラス等の耐熱ガラスを使えば、シリコンダイアフラム
８、支持体９、ハウジング１の３陽極結合法で接合出
来、各部材間の接着面の滑りのない強固な接着が出来
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が形成されている。
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,11A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1
2,13とバックプレート10A,11A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。
そして、隔液ダイアフラム12,13間にシリコンオイル等
の封入液101,102が満たされ、この封入液が連通孔16,17
を介してシリコンダイアフラム８の上下面にまで至って
いる、封入液101,102はセンタダイアフラム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、ほぼ均等になるように配慮されている。封入液101,
102の量は、周囲の温度変化の影響を出来るだけ少なく
する上で少ない方が好ましいが、バックプレート6A,6B,
10A,11Aが封入液量を少なくするのに役立っている。

隔液ダイアフラム12,13のスチフネスは、圧力に対す
る応答性、および封入液の熱膨脹を吸収する上で小さい
方が好ましい。センタダイアフラム７と隔液ダイアフラ
ム12,13との間には、隔液ダイアフラム12,13がバックプ
レート10A,11Aに当接する前にセンタダイアフラム７が
バックプレート6A,6Bに当接しないような関係にしてお
く。

以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場
合、センタダイアフラム７は、その中央部が過大圧保護
突起71に突当たっているために、移動する事が出来ず、
波形部分が圧力に比例して弾性変形し、隔液ダイアフラ
ム12側の封入液101が圧力測定室６側に移動し、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、センタダイア
フラム７は周辺固定の円板を構成するため、このときの
圧力に比例して高圧側に移動し、隔壁ダイアフラム13側
の封入液102が圧力測定室６側に移動し、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。

ここで、センタダイアフラム７は高圧側から圧力を受
けた場合と、低圧側から圧力を受けた場合とでは弾性変
形可能な部分の表面積が異なっているため、高圧側から
作用する圧力に対しては、低圧側から作用する圧力に対
してよりも大きな剛性を有する事になる。このため、高
圧側と低圧側で過大圧保護が働く圧力も大きく違える事
が出来る。

〈考案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、封入駅101,
102として、シリコンオイル等の非圧縮性の封入液が使
用されるが。これらは、温度、圧力に因ってその体積が
変化する。したがたつて、低温、高静圧化においては、
封入液101,102の収縮に因って、隔液ダイアフラム12,13
がハウジング１側に変位し、隔液ダイアフラム12,13と
ハウジング１との間隔が狭くなる。隔液ダイアフラム1
2,13とハウジング１との間隔はこの様な状態において、
最大差圧が加わって、センタダイアフラム７が変位して
も、隔液ダイアフラム12,13がハウジング１に接しない
ように構成しなければならない。したがって、隔液ダイ
アフラム12,13とハウジング１とに因って囲まれた室の
部分には、ある程度以上の容積が必要になる。

一方、この様な装置において、より高い圧力を測定し
ようとすると、高圧側からの圧力に対するセンタダイア
フラムの剛性を増加させねばならない。このため、過大
圧保護突起71の面積を大きくする必要がある。過大圧保
護突起71の面積を大きくすれば、隔液ダイアフラム室12
1の容積分を吸収するセンタダイアフラム７の弾性変形
可能な部分の表面積が小さくなるため、隔液ダイアフラ
ム室121の容積分をセンタダイアフラム７が吸収出来な
くなる。このため、高い圧力を測定するにも限界があ
る。

本考案は、この問題点を、解決するものである。

本考案の目的は、測定レンジの広い差圧測定装置を提
供するにある。

〈問題を解決するための手段〉この目的を達成するために、本考案は、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に設け
られた一対の隔液ダイアフラムと、該隔液ダイヤフラム
が一定以上ハウジング側に変位しないように設けられた
移動阻止手段と、前記ハウジング内に設けられた圧力−
電気変換素子を有するシリコンダイアフラムと、前記ハ
ウジングに該シリコンダイアフラムと共に高圧側室と底
圧側室とに２分するように設けられたセンタダイアフラ
ムと、前記低圧側室内の該センタダイアフラムと対向す
る壁面に設けられセンタダイアフラムの中心と同心円を
成す環状突起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。

〈作用〉以上の構成において、高圧側から過大圧が印加された
場合には、センタダイアフラムは僅かの圧力で環状突起
に接触するため、容積変化定数が小さくなり、低圧側か
ら過大圧が印加された場合よりも高い圧力で隔液ダイア
フラムがバックプレートに着座する。

以下、実施例に基づき詳細に説明する。

〈実施例〉第１図は本考案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、ハウジング１内にシリコンダイアフラム８と共
に高圧側室と低圧側室とに２分するように設けられたセ
ンタダイアフラムである。

22は、低圧側室内のセンタダイアフラム21と対向する
壁面のバックプレート6Bに設けられた過大圧保護の為の
環状突起である。

以上の構成において、第２図に示す如く、高圧側から
過大圧が印加された場合には、センタダイアフラムは僅
かの圧力で環状突起22に接触するため、容積変化定数が
小さくなり、第３図に示す如く、低圧側から過大圧が印
加された場合よりも高い圧力で隔液ダイアフラム12がバ
ックプレート10Aに着座する。

第４図に、本実施例における圧力Ｐと容積変化量ΔＶ
との関係を示す。

図のＣ点において、センタダイアフラム21は環状突起
22に接する。

この結果、（１）ハウジング１内のセンタダイアフラム21と対向
する低圧室側の壁面のバックプレート6Bに環状突起22が
設けられたことによって、過大圧時の隔液ダイアフラム
12,13がバックプレート6A,6Bに着座する時の圧力が、高
圧側と低圧側とで異なるように出来る。

（２）また、環状の突起22としたので、環状部の内外
径を変えることにより、高圧側からの圧力に対するセン
タダイアフラム７の剛性を容易に高くすることが出来る
と共に、環状部の外側および内側でセンタダイアフラム
が弾性変形可能となるため、隔液ダイアフラム12側から
排除される封入液101を容易に吸収出来る。

従って、本考案によれば、簡単な構成で、少ない部品
点数で、高圧側の耐圧に応じた広い範囲の差圧測定が可
能な差圧測定装置が得られる。

第５図は本考案の他の実施例の要部構成説明図であ
る。

図において、31は、中央厚肉部311を有し、その外周
部に比べて、中央部の剛性が高いセンタダイアフラムで
ある。

32は中央厚肉部311の外周付近に対応する位置に設け
られた環状突起である。

なお、第１図実施例と同様、ある程度の容積変化率Δ
V_Hを得るためには、測定差圧０の時、センタダイアフラ
ム31と環状突起32は接触していない方が良い。

また、第６図に示す如く、中央厚肉部311の肉厚の選
び方によっては、過大圧が加わってセンタダイアフラム
31が環状突起32に当たってからは、環状突起32の接触部
を支点にして中央厚肉部311が変形し、これによって、
容積変化率ΔV_Hを増やす事も出来る。

なお、前述の実施例においては、測定圧０の状態で
は、センタダイアフラム21は環状突起22に接触しないも
のについて説明したが、これに限ることはなく、センタ
ダイアフラム21は環状突起22に最初から接触していても
良い。ただし、この場合は、容積変化量ΔＶはあまり大
きく取れない。

〈考案の効果〉以上説明したように、本考案は、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に設けられた
一対の隔液ダイアフラムと、該隔液ダイアフラムが一定
以上ハウジング側に変位しないように設けられた移動阻
止手段と、前記ハウジング内に設けられた圧力−電気変
換素子を有するシリコンダイアフラムと、前記ハウジン
グに該シリコンダイアフラムと共に高圧側室と低圧側室
とに２分するように設けられたセンタダイアフラムと、
前記低圧側室内の該センタダイアフラムと対向する壁面
に設けられたセンタダイアフラムの中心と同心円をなす
環状突起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、（１）ハウジング内のセンタダイアフラムと対向する
低圧室側の壁面のバックプレートに環状突起が設けられ
たことによって、過大圧時の隔液ダイアフラムがバック
プレーに着座する時の圧力が、高圧側と低圧側とで異な
るように出来る。

（２）また、環状の突起としたので、環状部の内外径
を変えることにより、高圧側からの圧力に対するセンタ
ダイアフラムの剛性を容易に高くすることが出来ると共
に、環状部の外側および内側でセンタダイアフラムが弾
性変形可能となるため、隔液ダイアフラム側から排除さ
れる封入液を容易に吸収出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案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図の動作説明図、第５図は本考案
の他の実施例の要部構成説明図、第６図は第５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。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、6A,6
B,10A,11A……バックプレート、８……シリコンダイア
フラム、９……支持体、10,11……圧力導入室、12,13…
…隔液ダイアフラム、14,15,16,17……連通孔、80……
ストレインゲージ、21,31……センタダイアフラム、22,
32……環状突起、311……中央厚肉部、101,102……封入
液。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】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に設けられた一対の隔液ダイアフラ
ムと、該隔液ダイアフラムが一定以上ハウジング側に変位しな
いように設けられた移動阻止手段と、前記ハウジング内に設けられた圧力−電気変換素子を有
するシリコンダイアフラムと、前記ハウジングに該シリコンダイアフラムと共に高圧側
室と低圧側室とに２分するように設けられたセンタダイ
アフラムと、前記低圧側室内の該センタダイアフラムと対向する壁面
に設けられセンタダイアフラムの中心と同心円を成す環
状突起とを具備したことを特徴とする差圧測定装置。