JPH0894474A - 圧力測定装置 - Google Patents

圧力測定装置

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JPH0894474A
JPH0894474A JP23108794A JP23108794A JPH0894474A JP H0894474 A JPH0894474 A JP H0894474A JP 23108794 A JP23108794 A JP 23108794A JP 23108794 A JP23108794 A JP 23108794A JP H0894474 A JPH0894474 A JP H0894474A
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JP
Japan
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pressure
diaphragm
receiving side
ceramic film
detector body
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Application number
JP23108794A
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English (en)
Inventor
Atsushi Kudo
厚志 工藤
Keizo Otani
圭三 大谷
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Azbil Corp
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Azbil Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 製作が容易で、シールダイヤフラムを過大圧
力から保護すると共に、オーバーロードヒステリシスお
よびスティックが生じないようにする。 【構成】 検出器ボディ1の受圧側面7に高硬度多孔質
セラミック膜33を形成し、オーバーロード時にシール
ダイヤフラム5が受圧側面7に着底したときの密着力を
弱くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤフラムの変位に
よって各種プロセス流体の圧力等を測定する圧力測定装
置に関し、特にプロセス側からダイヤフラムに過大圧力
が加わった際の不具合を解消してなる圧力測定装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】たとえば、管内流体の流量を測定しよう
とする場合、管内にオリフィス板を設けて流体抵抗と
し、その上、下流側での圧力差を所定の演算式に基づき
流量を算出測定することが行なわれている。この種の差
圧測定用として用いられる差圧・圧力発信器は、一般に
高圧側および低圧側のシールダイヤフラムに2点間のプ
ロセス流体圧を与え、検出器ボディ内における封入液の
移動を封入回路を仕切って設けた半導体圧力センサの歪
みを電気信号に変換して取り出すように構成されている
(例:実公昭59−30444号、実公平4−3244
号公報等)。
【0003】図3および図4はかかる差圧・圧力発信器
の従来例を示す断面図および要部拡大断面図である。こ
れを概略説明すると、1は高圧側ボディ2と低圧側ボデ
ィ3を電子ビーム等によって一体的に接合して形成され
た円板状の検出器ボディ、4は検出器ボディ1の溶接
部、5,6は検出器ボディ1の高圧,低圧側の各受圧側
面7,8に外周縁部を溶接固定されて配設されたシール
ダイヤフラムである。シールダイヤフラム5,6として
は、通常燐青銅、ベリルム銅、ステンレス鋼などの薄膜
状金属板を絞り加工によって塑性変形させることでカッ
プ状に形成されることにより、円板状の受圧部aと、受
圧部aの外周に連接された円筒部bと、円筒部bの先端
に連接され検出器ボディ1のダイヤフラム取付面22に
溶接によって接合固定される環状の固定部cとを一体に
有している。また、ダイヤフラムの加工形成に際して
は、受圧部aに半径方向に波形の襞を同心円状に付ける
ことで、ダイヤフラムのコンプライアンスを大きくし、
言い換えればダイヤフラムを柔らかくし、荷重−変位の
式を満足する線形域を広くしている。このため、受圧側
面7,8もシールダイヤフラム5,6の受圧部aと同形
の波形面に形成されている。9は検出器ボディ1の中央
接合面に設けた内室10を2つの室、すなわち高圧側ボ
ディ内室10Aと低圧側ボディ内室10Bとに仕切るセ
ンターダイヤフラム、11は検出器ボディ1の上部外周
面に加工形成されたヘッダーカバー取付部12に溶接固
定されたヘッダーカバー、13はヘッダーカバー11内
に組み込まれた差圧測定用圧力センサで、この圧力セン
サ13の半導体ダイヤフラム14の表裏面にプロセス流
体の高圧PH と、低圧PL を、検出器ボディ1内の封入
回路15,16に封入したシリコンオイル等の圧力伝達
用封入液17A,17Bを介してそれぞれ伝達するよう
にしている。封入回路15,16にはリストリクタ18
が圧入固定されており、これによってプロセス流体の急
激な圧力変動や脈動を抑制し、前記各ダイヤフラム5,
6,9および圧力センサ13を保護している。なお、1
9,20は検出器ボディ1の各側面にOリング(図示せ
ず)を介して嵌合固定されシールダイヤフラム5,6を
保護するカバーである。
【0004】このような構成からなる差圧・圧力発信器
において、シールダイヤフラム5,6にプロセス流体の
高圧PH と、低圧PL をそれぞれ印加すると、この時の
差圧(PH −PL )に応じてこれら両ダイヤフラム5,
6が変位し、その変位により封入液17A,17Bが移
動してセンターダイヤフラム9を変位させ、さらにセン
ターダイヤフラム9の変位が封入液17A,17Bを介
して圧力センサ13の半導体ダイヤフラム14に加えら
れる。したがって、半導体ダイヤフラム14はその差圧
に応じて歪み、その歪量が電気信号に変換されて取り出
されることで差圧測定が行われる。
【0005】なお、上記したような従来の差圧・圧力発
信器にあっては、例えば高圧側のシールダイヤフラム5
に対し所定力以上の過大圧力が作用した場合、そのシー
ルダイヤフラム5と受圧側面7との間の封入液17Aを
センターダイヤフラム9側に流出させ、シールダイヤフ
ラム5を受圧側面7に着底させることで、シールダイヤ
フラム5,6およびセンターダイヤフラム9の破損等を
防止すると共に、圧力センサ13に或る所定値以上の圧
力が加わらないように構成してなる、所謂オーバーロー
ド保護機構を採用している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の差圧・圧力発信器では、過大圧力によってシ
ールダイヤフラム5(6も同様)が変位してその受圧部
aが受圧側面7に着底すると、シールダイヤフラム5の
受圧部aの外周部、つまり変形時に支点となる部分5a
が受圧側面7に当たって擦られ塑性変形するため、ヒス
テリシスが発生し、出力値がシフト(この出力シフトを
通称オーバーロードヒステリシスを呼ぶ)してしまうと
いう問題があった。したがって、正確な測定ができなく
なる。また、長時間にわたって過大圧力が作用した場合
には、シールダイヤフラム5の受圧部a全体が受圧側面
7に完全に押し付けられて密着するため、過大圧力から
解放されてもシールダイヤフラム5が受圧側面7から直
ぐには離れず、出力が零に戻るのが遅いという問題を生
じ、これをスティックと呼んでいる。このようなスティ
ック現象は、受圧側面7の波形形状に馴染み易く、しか
もそれ自身の弾性力も小さい柔らかい材料(例:モネ
ル、タンタル等)で形成されたシールダイヤフラムにお
いて顕著なものであった。
【0007】そこで、このような問題を解決する方法と
して、例えば特開平4−115133号公報に開示され
た差圧伝送器(以下先行発明という)が知られている。
この先行発明は、検出器ボディの側面に凹設した凹陥部
内に焼結金属、セラミック等の多孔質材料で製作したバ
ックアッププレートを嵌合固定し、このプレートの表面
を同心円状の波形面からなるバックアップ面としたもの
である。このような構成においては、バックアッププレ
ートが多孔質材料で製作されていることから封入液を通
すため、バックアップ面とダイヤフラムとの密着力を弱
め、ダイヤフラムがバックアップ面から離れ易くなる。
したがって、ダイヤフラムのスティックを防止すること
ができる。しかしながら、このような先行発明にあって
は、焼結金属、セラミック等の多孔質材料でバックアッ
ププレートを製作しているでの、その製作、特にバック
アップ面を高精度に加工、形成することが難しく、また
検出器ボディへの取り付けに際してはその凹陥部に嵌合
して溶接等によって接合固定する必要があるため、検出
器ボディの製作も面倒であるという問題があった。
【0008】したがって、本発明は上記したような従来
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、製作が容易で、シールダイヤフラムを過大圧力か
ら保護すると共に、オーバーロードヒステリシスおよび
スティックが生じないようにした圧力測定装置を提供す
ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1に記載の発明は、外周縁部が検出器ボディに固
定され、検出器ボディ内に封入された封入液と被測定流
体とを隔絶するダイヤフラムの変位によって流体圧を測
定する圧力測定装置において、前記検出器ボディの受圧
側面もしくはこの受圧側面と対向するダイヤフラム面に
高硬度多孔質セラミック膜を形成したことを特徴とす
る。
【0010】
【作用】過大圧力のためダイヤフラムが検出器ボディ側
に変位すると、受圧側面とダイヤフラムとの空間に封入
されている封入液は検出器ボディ内の封入回路側に排出
され、ダイヤフラムが受圧側面に密着する。このため、
過大圧力から解放されてもシールダイヤフラムは受圧側
面から直ぐには離れず、元の位置に復帰するのに時間が
かかる。そこで、受圧側面もしくはこの受圧側面と対向
するダイヤフラム面に高硬度多孔質セラミック膜を形成
しておくと、セラミック膜は多孔質であることから封入
液を通すため、受圧側面とダイヤフラムとの密着力を弱
め、ダイヤフラムが受圧側面から離れ易くする。したが
って、ダイヤフラムのスティックがなくなる。また、セ
ラミック膜はダイヤフラムに形成されると、ダイヤフラ
ム全体としての硬度を高めるので、受圧側面に当たって
も塑性変形量が少なく、オーバーロードヒステリシスの
発生を軽減防止する。
【0011】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図1は本発明を差圧・圧力発信器に適
用した場合の一実施例を示す要部断面図である。なお、
図中図3および図4と同一構成部材のものに対しては同
一符号を持って示す。同図において、検出器ボディ1内
に封入された封入液17Aと被測定流体30とを隔絶す
る高圧側のシールダイヤフラム5は、燐青銅、ベリルム
銅、ステンレス鋼などの薄膜状金属板を絞り加工によっ
て塑性変形させることでカップ状に形成されることによ
り、円板状の受圧部aと、受圧部aの外周に連接された
円筒部bと、円筒部bの先端に連接され検出器ボディ1
のダイヤフラム取付面22に溶接31によって接合固定
される環状の固定部cとを一体に有し、また受圧部aに
は半径方向に波形の襞が同心円状に形成されている。検
出器ボディ1の側面に凹設された凹陥部32の底面は、
シールダイヤフラム5と同形状の同心円状波形面からな
る受圧側面7を形成しており、その表面には高硬度多孔
質セラミック膜33が形成されている。
【0012】セラミック膜33としては、例えばSi3
4 、TiN,TiCN,SiO2,SiC,AlO
3 ,ZrO2 等が使用され、その厚みは1〜10μm程
度とされる。このようなセラミック膜33の形成方法と
しては、CVD(Chemical Vaper Deposition)法、P
VD(Phisical Vaper Deposition)法、溶射等の周知
の技術によって形成することができる。
【0013】なお、図1においては高圧側についてのみ
示したが、低圧側の受圧側面についても高圧側と同様な
高硬度多孔質セラミック膜が形成されている。その他の
構成は図3に示した従来装置と同様である。
【0014】かくしてこのような構成からなる差圧・圧
力発信器にあってはシールダイヤフラム5のスティック
およびオーバーロードヒステリシスの発生を軽減防止す
ることができる。すなわち、過大圧力によりシールダイ
ヤフラム5が検出器ボディ1側に変位すると、シールダ
イヤフラム5と受圧側面7との空間に封入されていた封
入液17Aは検出器ボディ1内の封入回路15側に排出
され、シールダイヤフラム5が受圧側面7にセラミック
膜33を介して着底する。しかし、セラミック膜33は
多孔質で、内部はもとより表面に多数の微細な孔を有す
ることからシールダイヤフラム5の密着力を弱める。し
たがって、長時間オーバーロードしても過大圧力から解
放されると、シールダイヤフラム5は自身の弾性力によ
り受圧側面7から容易に離れて元の位置に復帰する。し
たがって、スティック現象を生じず、過大圧力から解放
された後、直ちに出力を零に戻すことができる。また、
セラミック膜33は、溶射、スパッタリング、蒸着、C
VD法等によって簡単に形成することができるので、上
記した先行発明に比べて検出器ボディ1の製作が簡単
で、受圧側面7を高精度に加工形成することができる。
【0015】図2は本発明の他の実施例を示す要部断面
図である。この実施例は受圧側面7の代わりにシールダ
イヤフラム5の受圧側面7と対向する面に高硬度多孔質
セラミック膜33を形成したものである。このような構
成においても過大圧力によりシールダイヤフラム5が受
圧側面7に着底したとき、セラミック膜33の作用によ
り上記実施例と同様に、シールダイヤフラム5の密着力
を弱めるので、長時間にわたってオーバーロードしても
スティックの発生を防止することができる。また、本実
施例においてはセラミック膜33はシールダイヤフラム
5全体としての硬度を高めるので、受圧側面7に当たっ
てもシールダイヤフラム5の塑性変形量が少なく、オー
バーロードヒステリシスの発生を軽減防止する。
【0016】なお、図1に示した実施例においては受圧
側面7側に、図2に示した実施例においてはシールダイ
ヤフラム5側に高硬度多孔質セラミック膜33をそれぞ
れ形成した例を示したが、これに限らず受圧側面7とシ
ールダイヤフラム5の双方にセラミック膜を形成しても
よいことは勿論である。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る圧力測
定装置によれば、外周縁部が検出器ボディに固定され、
検出器ボディ内に封入された封入液と被測定流体とを隔
絶するダイヤフラムの変位によって流体圧を測定する圧
力測定装置において、前記検出器ボディの受圧側面もし
くはこの受圧側面と対向するダイヤフラム面に高硬度多
孔質セラミック膜を形成したので、過大圧力のためダイ
ヤフラムが受圧側面に着底しても、その密着力が弱く、
ダイヤフラムのスティックを軽減防止することができ
る。また、セラミック膜をダイヤフラムに形成すると、
ダイヤフラム全体としての硬度が増すため、受圧側面に
当たっても塑性変形量が少なく、オーバーロードヒステ
リシスの発生を軽減防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を差圧・圧力発信器に適用した場合の
一実施例を示す要部断面図である。
【図2】 本発明の他の実施例を示す要部断面図であ
る。
【図3】 差圧・圧力発信器の従来例を示す断面図であ
る。
【図4】 要部拡大断面図である。
【符号の説明】
1…検出器ボディ、5,6…シールダイヤフラム、7…
受圧側面、8…受圧側面、9…センターダイヤフラム、
10…内室、13…差圧測定用圧力センサ、14…半導
体ダイヤフラム、15…封入回路、16…封入回路、1
7A,17B…圧力伝達用封入液、30…被測定流体、
33…セラミック膜、a…受圧部、b…円筒部、c…固
定部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外周縁部が検出器ボディに固定され、検
    出器ボディ内に封入された封入液と被測定流体とを隔絶
    するダイヤフラムの変位によって流体圧を測定する圧力
    測定装置において、前記検出器ボディの受圧側面もしく
    はこの受圧側面と対向するダイヤフラム面に高硬度多孔
    質セラミック膜を形成したことを特徴とする圧力測定装
    置。
JP23108794A 1994-09-27 1994-09-27 圧力測定装置 Pending JPH0894474A (ja)

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JP23108794A JPH0894474A (ja) 1994-09-27 1994-09-27 圧力測定装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0849577A1 (de) * 1996-12-18 1998-06-24 WIKA ALEXANDER WIEGAND GmbH & CO. Membran für einen Druckmittler
DE102007061184A1 (de) * 2007-12-17 2009-06-25 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Differenzdruckmesszelle
JP2022082688A (ja) * 2017-10-05 2022-06-02 ニプロ株式会社 圧力測定用チャンバ

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