JPS5814974B2 - 差圧検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、感圧素子を用いた差圧検出装置に関する。

この種装置は、第１図に示すように圧力を電気信号に変
換する感圧素子１を内装する本体ケース２と、感圧素子
１０両面部と連絡する本体ケース２の両開口部側に装着
され、被検出圧力Ｐａ、Ｐｂの圧力導入口３ａ、３ｂを
有する受圧フランジ４ａ、４ｂとから構成されている。

この本体ケースと受圧フランジ４ａｔ４ｂとの間にはそ
れぞれダイヤフラム５ａ、５ｂが張着され、このダイヤ
フラム５ａ、５ｂと感圧素子１とにより形成された夫々
の閉所には例えばシリコーン油の如き圧力伝達媒体６ａ
、６ｂが液密に封入されている。

前記感圧素子１の出力端はケーブルγを介して図示しな
い前置増幅器＋種々の制御回路に接続されている。

また、本体ケース２の内部には感圧素子１の片側からそ
の弾性限界を越える圧力が加わったとき、この感圧素子
１が歪んで復元しなくなったり破損したりするのを防止
するための過圧防止機構１０が設けられている。

この機構１０は、内外面が肉圧力伝達媒体６ａ、６ｂに
それぞれ接するベローズ１１、このベローズ１１に連動
し一方の圧力伝達媒体５−ａの移動を防止する弁１２お
よびこの弁１２を制御する操作片１３とから構成されて
いる。

この弁１２及び操作片１３は、圧力伝達媒体６ａ内に位
置し、これらは板ばね１４で連結されている。

この弁１２０両端には、オーリング１２Ａ。１２Ｂが夫
々取着されている。

このオーリング１２Ａ、１２Ｂは、前記素子１に例えば
その弾性限界を越える圧力が印加されたとき、前記ベロ
ーズ１１の伸縮に応動して本体ケース２に密着して前記
圧力伝達媒体６ａの移動を防止するものである。

また、操作片１３は、ばね１５により押圧された２つの
支点１６ａ、１６ｂを有し、過圧時におけるベローズ１
１の伸縮に応じて弁１２及び根ばね１４を介して時計方
向にあるいは反時計方向に回動するものである。

このように構成されているので、前記ベローズ１１は、
素子１０弾性限界内すなわち検出許容内の圧力が加わっ
ている場合には何ら作動しないがどちらか一方の被検出
圧力Ｐａ、Ｐｂがばね１５の押圧及び板ばね１４の反発
力を越えたとき、すなわち素子１０弾性限界を越えたと
き伸縮し、この動きに応じて弁１２および板ばね１４が
動作する。

今、一方の被検出圧力ｐｂが感圧素子１の弾性限界を越
えて印加されたとすれば、前記板ばね１４の反発力およ
びばね１５の押圧力に坑して前記操作片１３が支点１６
ｂを中心に時計方向に回動し弁１２を図中右方向に移動
させ本体ケース２に密着させる。

これにより圧力伝達媒体６ａは弁１２０部分で完全に分
離され、ダイヤフラム５ａと弁１２との間および１２と
感圧素子１との間の媒体６ａの移動は防止される。

これにより感圧素子１０反対側の圧力伝達媒体６ｂの移
動も間接的に阻止され、被検出圧力ｐｂのそれ以上の増
大分が前記素子１に印加されることはなくなる。

しかしながら、実質的には以下のように欠点を生じる。

例えば、過大圧力Ｐａが印加されると、第２図Ａに示す
ようにオーリング１２Ａが本体ケース２の側壁に当接し
て圧力伝達媒体６ａの移動を阻止する訳であるが、さら
に大きな圧力が加わると第２図Ｂに示すように弁１２が
さらに図中左方向に移動し、実質的にはオーリング１２
Ａがたわみ容積変化が生じる。

すなわち、同図Ａで示す面積Ｖだけの容積変化が生じ、
この為前記素子１に更に過大圧を印加することになった
り、むしろ負圧を生じることがあり、最適に過圧を防止
しているとは言えないのである。

また、このような過圧防止機構１０を設けたことより構
造が複雑となり各部材の調整も難かしく装置全体も大形
化する。

これにともない感圧素子１から取出される信号がその温
度変化による膨張の影響を受けやすい圧力伝達媒体６ａ
、６ｂの量が増すばかりか、前記機構１０の弁１２ある
いは操作片１３が一方の媒体６ａ内に配置されることに
より６ａ、６ｂの量を同一にすることができず、したが
ってその全体の量あるいは両者の差による不均一な媒体
６ａ、６ｂの膨張の影響を受けやすく検出精度が低下す
る。

また、感圧素子１がダイヤフラム５ａ、５ｂと平行に配
置され、かつ過圧防止機構１０の取付面Ａ側に設置され
ている為、構造が複雑化し、大形化が避けられない。

また、信頼性の上からダイヤフラム５ａ、５ｂを溶接加
工にて装着しているが、構造上素子１取付後に行なう為
、加工の原生じる放熱、振動、衝撃あるいはじんあい等
の素子１への影響を防止することが困難である。

さらに、素子１が直接本体ケース２に取着されている為
、それらの温度膨張率の差に伴う素子１の出力温度誤差
増大、あるいは静圧下における本体ケース２の変形によ
るストレスが直接素子１へ加わり静圧誤差が構犬するこ
とになる。

本発明は、上記欠点に対処してなされたもので、過圧防
止、温度静圧誤差防止、製造システムの簡素化等を成し
得る差圧検出装置を提供するものである。

以下、本発明の一実施例を第３図を参照して説明する。

まず、概略構成から説明する。

３０は円筒状の本体ケースで、その中心には貫通孔３１
が、またその上部には夫々２つの導入孔３２ａ、３２ｂ
により貫通孔３１に連通ずる開口部３３が設けられてい
る。

この貫通孔３１には過圧防止機構３４が収納され、また
上部開口部３３には過圧防止機構３４に平行に配置され
た感圧素子３５が収納されている。

また前記貫通孔３１０両端は夫々ダイヤフラム３６ａ、
３６ｂにより密封され、上部開口部３３はシールキャッ
プ３７により密封されている。

さらにこれら貫通孔３１及び上部開口部３３内には圧力
媒体３８ａ、３８ｂが封入されている。

この圧力伝達媒体３８ａｔ３８ｂは前記過圧防止機構３
４、感圧素子３５により夫々分離されている。

また前記ダイヤフラム３６ａ、３６ｂの外側には被検出
圧力Ｐａ、Ｐｂを導入する孔３９ａ。

３９ｂを有する受圧フランジ４０ａ、４０ｂが夫夫配置
されており、このフランジ４０ａ、４０ｂは本体ケース
３０に液密に装着されている。

さて、次に感圧素子３５の取付構造、過圧防止機構３４
の構成及び取付構造について説明する。

まず、感圧素子３５について説明すれば、この素子３５
は同材質の環状の保持ディスク４１の一面側に取着され
ている。

また、この保持ディスク４１は線膨張率の極めて保持テ
ィスフ４１に近い筒状の金属応力吸収シャフト４３に接
合されている。

例えば応力吸収シャフト４３の材質は、シリコーン等の
半導体感圧素子を使用する場合には、Ｎｉ−Ｆｅ合金等
を用いる。

このシャフト４３と素子出力信号取出しピン４４は、金
属ボディ４２に対してガラス等を利用してハーメチック
構造で取付られている。

また、素子出力信号取出しピン４４の上には外部接続用
の印刷配線板４５が取着されている。

このように金属ボディ４２に対して絶縁物のガラス等を
利用して素子信号取出しピン４４、シャフト４３を絶縁
することにより金属ボディ４２と素子３５間の絶縁は完
全である。

このように構成された素子３５の一面は開口部３３へ又
他面は導入口３２ｂ側に夫々位置することになり、した
がってこの素子３５０両面には夫夫圧力伝達媒体３８ａ
、３８ｂが接液している。

ところで、この素子３５０線膨張率と同等な保持ディス
ク４１に取着したので、温度変化等による無用な応力が
素子３５に印加されることがなくなる。

又、保持ディスク４１の線膨張率とほぼ同等な応力吸収
シャフト４３に取着したので、金属ボディ４２収納時に
本体ケース３０に発生する機械応力が素子３５へ印加さ
れることがなくなる。

さらに、この素子３５を内装する金属ボディ４２は前記
ダイヤフラム３６ａｔ３６ｂの溶接仮装着することが出
来るので、溶接後の３６ａ、３６ｂの特性によって、金
属ボディ４２の装置位置及びシールキャップ３７の内容
積で本体ケース３０の内部容積のバランスを変えること
が出来るので温度膨張による出力誤差及び静圧による出
力誤差を防ぐことが出来る。

次に、素子３５０弾性限界を越える圧力が印加されよう
とした時に作用して素子３５を保護する過圧防止機構３
４について説明する。

この機構３４は前記本体ターフ３００貫通孔３１内に、
前記ダイヤフラム３６ａ、３６ｂと直交する方向に移動
可能に取着されている。

また、この機構３４はその両側にベローズ６５ａ。

６５ｂが取着された連結部材３４ａを有し、この連結部
材３４ａは各々のベローズ６５ａ、６５ｂの内側にその
外側と異なる媒体３８ａ、３８ｂが供給されるような孔
３４ｂ、３４ｂが形成されている。

すなわち、ベローズ６５ａ、６５ｂの夫々は内外面に異
なった媒体３８ａ、３８ｂが接液している。

また、このベローズ６５ａ、６５ｂにはベローズの移動
に連動する支軸５１ａ、５１ｂが取着されており、この
支軸５１ａ、５１ｂの両端部には螺子部が設けられてい
る。

この支軸５１ａ。５１ｂには、夫々調節弁５４ａ、５４
ｂが螺合されている。

この調節弁５４ａ、５４ｂは、前記支軸５１ａ、５１ｂ
に螺合されておりその端面には、夫々オーリング５６ａ
、５６ｂが取着されている。

そして、このオーリング５６ａ、５６ｂと対向する部分
には、突出部５７ａｔ５７ｂが位置しており、このオー
リング５６ａ、５６ｂは前記支軸５１ａ、５１ｂの移動
に応じて夫々突出部５７ａ。

５７ｂに当接するように構成されている。

このオーリング５６ａ、５６ｂと突出部５７ａ。

５ｙｂとの間隔１１．■２は前記弁５４ａ７５４ｂを前
記支軸５１ａ、５１ｂの螺子部に螺進させることにより
容易に調整することが可能である。

この間隔１１，１２が前記媒体３８ａ、３８ｂｍ移動量
すなわち印加される圧力を規制する基本条件となる。

また、前記調節弁５４ａ、５４ｂのダイヤフラム３６ａ
ｔ３６ｂ側には夫々変位調整用のばね体５８ａ、５８ｂ
がナツト６０ａ、６０ｂにより取着されている。

このばね体ｓｓａ、ｓ８ｂは前記弁５４ａ、５４ｂの移
動を制御するもので、その端部をホルダ６１ａ、６１ｂ
を介して螺子６２により本体ケース３０に取着されてい
る。

また、このばね体５８ａ、５８ｂは第４図に示すように
円形に形成されるとともに弾性力を持たす為の複数の孔
６３を有しており、さらにその外周には、前記螺子６２
が挿入可能な取付用の長孔６４が３ケ所に形成されてい
る。

このように取着されたベローズ６５ａ、６５ｂは、その
内外面を夫々前記媒体３８ａ、３８ｂに接液し、その媒
体３８ａ、３８ｂの移動にともなって伸縮するように構
成されている。

また、このベローズ６５ａ、６５ｂにより前記貫通孔３
１は前記導入孔３２ａ側と３２ｂ側とに夫々区分されて
いる。

また前記導入孔３２ａ、３２ｂは素子３５により遮断さ
れている。

前記ダイヤフラム３６ａ、３６ｂはフランジ４０ａ、４
０ｂに突出し、しかも小径とした本体ケース３００部分
に例えば溶接されている。

さて、このように構成した装置に、今検出範囲内の圧力
Ｐａ、Ｐｂが夫々受圧フランジ４０ａ。

４０ｂの孔３９ａ、３９ｂより印加されると、夫夫の圧
力Ｐａ、Ｐｂに応じて前記ダイヤフラム３６ａ、３６ｂ
が変位して、圧力伝達媒体３８ａ。

３８ｂが移動する。

この媒体３８ａ、３８ｂの移動により前記感圧素子３５
０両面において（ｐａ−ｐｂ）なる差圧が生じ、その差
圧（Ｐａ−Ｐｂ）分が電気信号に変換される。

そしてその出力が種種の制御系に供給されて差圧として
検出される。

尚、媒体３８ａ、３８ｂの移動によりベローズ６５ａ、
６５ｂも伸縮し支軸５１ａ、５１ｂ及び弁５４ａ、５４
ｂが移動するが、印加された圧力が検出範囲内である場
合は、媒体３８ａ、３８ｂを閉止することはない。

ところで、前記感圧素子３５０弾性限界を越える圧力が
印加されると以下に説明するように前記過圧防止機構３
４が働き、素子３５を保護する。

例えば被検出圧力Ｐａが素子３５０弾性限界を越える圧
力とする。

すなわち、圧力ｐａが供給されるとこれに応じてダイヤ
フラム３６ａ、圧力伝達媒体３８ａを介してベローズ５
５ａは外面へ圧力を受けて、又６５ｂは内面へ圧力を受
けて、図中左方向に移動する。

これにともない前記支軸５１ａ、５１ｂ、調節弁５４ａ
ｔ５４ｂが左方向に移動し、その弁５４ａのオーリング
５６ａが前記突出部５７ａに密接する。

ここで、圧力媒体３８ａはダイヤフラム３６ａとオーリ
ング５６ａとの間及びオーリング５６ａとベローズ６５
ａの外面、ベローズ６５ｂの内面、素子３５との間に夫
々封止される。

したがって媒体３８ａの移動は停止される。

また、それ以上の過大圧が加わり、オーリング５６ａが
つぶされてもベローズ６５ｂが過圧防止後の素子保護用
の圧力変位体となり、ベローズ６５ｂが移動して素子３
５にかかる圧力変化を最小限にするように構成されてい
る。

また、この状態で温度変化があってオーリング５６ａと
ベローズ６５ａの外面、ベローズ６５ｂの内面、素子３
５ともに封止された圧力伝達媒体３８ａが膨張、収縮し
てもベローズ６ｓｂが移動して素子３５に加わる圧力変
化を最少限に防ぐように構成されている。

この実施例では、前記弁５４ａに取着されたオーリング
５６ａと、突出部５７ａとの間隔１１の調整により素子
３５に加わる圧力の設定が出来、また、Ｐａ＜Ｐｂの場
合は前記弁５４ｂに取着されたオーリング５６ｂと、突
出部５７ｂとの間隔１２の調整により素子３５に加わる
圧力の設定が出来る。

このように過大圧力Ｐａ〉Ｐｂの場合にはベローズ６５
ａが過大圧防止用圧力変位弾性体として働き、ベローズ
６５ｂが過大圧防止後の保護圧力変位弾性体として働く
。

一方過大圧力Ｐａ＜ｐｂの場合にはベローズ６５ｂが過
大圧防止圧力変位弾性体として働き、ベローズ６５ａが
過大圧防止後の保護圧力変位弾性体として働くので信頼
性の高い過圧防止効果なえられる。

また、本体ケース３０を円形に形成し、特に素子３５を
開口部３３内に収納し、過圧防止機構３４の収納されて
いる貫通孔３１と分離したので、スペースファクタが良
く、圧力伝達媒体３８ａ。

３８ｂの全体量を少なくでき、またほぼ対称的に形成し
たので極めて精度良く夫々の媒体３８ａ。

３８ｂの量を調整できる。

さらに媒体３８ａ。３８ｂの熱膨張、熱収縮による温度
誤差も少なくすることができる。

また第１図に示した従来例によれば素子１を本体ケース
２内に設置した後、ダイヤフラム５ｂを溶接等により取
着するようにしていたが、この実施例によればダイヤフ
ラム３６ａ、３６ｂの取付後に素子３５を本体ケース３
０に設置することが可能となる為極めて条件の良い状態
で設置できる。

つまり、過圧防止機構３４の調整工程及びダイヤフラム
３６ａ、３６ｂの溶接工程とは別個の工程により素子３
５を設置することが可能となる。

また、素子３５を同様の線膨張率を有する保持ディスク
４１及び応力吸収シャフト４３の応力を吸収する部材を
介して本体ケース３０に取着している為、素子３５は本
体ケース３０の温度変化による膨張、収縮の影響を受け
ることがほとんどなく、さらに静圧時に生じる本体ケー
ス３０の歪あるいは本体ケース３０内に収納する部材の
取付時に発生する歪によるストレスに影響されることも
なくなる。

したがって、温度、静圧変化に伴う出力変動をほとんど
無くすることができる。

また、ダイヤフラム３５ａ、３５ｂはフランジ４０ａｔ
４０ｂ内に突出し、しかも小径とした本体ケース３０部
分に取着するようにしたので、本体ケース３０が大形化
しても計測器に用いられる差圧式流量計の高低圧配管標
準的間隔すなわちフランジ４０ａ、４０ｂの孔３９ａ、
３９ｂの標準的間隔５４ｍ朋を十分満足させることが可
能となるばかりか、取着時の熱や残留応力の影響を少く
することができる。

さらに調整弁５４ａ、５４ｂと支軸５１ａ。

５１ｂとを螺合させて構成したのでオーリング５６ａｔ
５６ｂと突出部５７ａ、５７ｂとの間隔ｌ、は支軸５１
ａｔ５１ｂに対して調節弁５４ａ：５４ｂを螺進させる
だけで調節でき、しかもベローズ６５ａ、６５ｂに無用
の応力を加えることなく行なえる。

また、ばね体５８ａ、５８ｂに夫々取付用の長孔６４を
形成したので、ばね体５８ａ。

５８ｂを締着させている螺子６２を少し緩めれば。

ばね体５８ａ、５８ｂは支障なく回転する。

したがって、調節弁５４ａ、５４ｂを螺進させて間隔１
１を調整するときに、弁５４ａ、５４ｂとばね体５８ａ
、５８ｂとを一体にしたまま調節が可能となり調節操作
が容易となる。

尚、ばね体５８ａ、５８ｂとして円形部材を用いて説明
したが、第５図に示す如くＭ字状部材５８ｂ′を用いて
も良く、この外弾性力を有する形状であれば良く、何ら
形状にこだわるものではない。

このＭ字状のばね体５８ｂ′を挾持する為にナラ）６０
ｂの外にナラ）６０ｂ’を用いても良い。

次に第６図を参照して他の実施例を説明する。

尚、実質的に前記実施例と変らない部分には同一符号を
付し、その詳細な説明は省略する。

すなわち、この実施例の装置は少なくとも一方の圧力伝
達媒体例えば媒体３８ｂ内にダンピング用の絞りを設け
たものである。

ガスケット６６は弁５４ｂに密着して媒体３８ｂの流通
を阻止するものである。

６７はダイヤフラム３６ｂ側の媒体３８ｂとベローズ６
５ｂ側の媒体３８ｂとを連通ずる為の案内孔であり、こ
の孔６７内には外部操作により螺進可能な絞りシャフト
６８が挿入されている。

このシャフト６８は先細に形成され、かつ案内孔６７の
径よりわずかに小径に構成されている。

７０はオーリング、７１はシャフト、６８の抜は止め防
止用の螺子である。

このシャフト６８を螺進させて、シャツｇ６８と案内孔
６７との間のクリアランスＹを変化させることにより、
その媒体３８ｂの移動の際に受ける抵抗を変化させるこ
とができる。

ところで、通常素子３５のフルスケール圧力に対する媒
体３８ｂの移動量は極めて少なく、圧力による容積変化
も少ない。

したがって、ダンピング効果は、前記抵抗と容積変化の
積に関連し容積変化が少ないと同じ抵抗に対しての効果
は殆んどなくなってしまう。

しかし、本構造はベローズ６５ａ。６５ｂが圧力変化に
応動し、その容積変化も大きい為良好なダンピング効果
を上げることができる。

つまりダンピング効果を決定する一次遅れ時定数は、Ｔ
＝ＲＸＣでありＲは シャフトと閉所で構成される長さ シャフトと閉所で構成される断面積 に比例するから分子一定としてＴαＣ／断面積となる。

したがって、容積変化Ｃが小さければ断面積も小さくし
なければならず時定数Ｔは急変することになり調整が難
しくなるが、本発明によれば容積変化Ｃが大きい為、時
定数Ｔは急変せず調整が簡単で、しかも十分高い精度が
得られる。

絞りシャフトの設置個所は特に限定するものではなく、
また両媒体３８ａ、３８ｂ内に設けても良い。

以上の説明において圧力変位弾性体にベローズを用いて
きたがベローズ以外の圧力変位弾性体、例えばダイヤフ
ラム等を用いてもよい。

本発明は、このように構成したので、一方の圧力変位弾
性体により圧力伝達媒体の移動を阻止したのちも、他方
の弾性体により感圧素子側の封止された媒体の微動を吸
収することができる。

よって、媒体閉止時に温度変化等により媒体の容積変化
が生じてもその変化を吸収でき、素子に過大圧が印加さ
れることがなくなる。

さらに、次のような効果をも奏する。

■、過大圧が印加された側の媒体を直接阻止することに
より信頼性が向上する。

２、過圧防止機構が均等配置となっているので、封入さ
れた両媒体の量を均等とすることができ、温度変化によ
る影響を最少限に押えることができる。

３、各ベローズ及び調節弁が各媒体内に配置されている
ので、個々に調整が可能となり、高精度で過圧防止が行
な得る。

４、各ベローズが一直線上に配置されているので、組立
が容易である。

５、過圧防止機構と感圧素子とを別個に配置したので、
夫々の取付けが容易となるとともに過圧防止機構取付時
に発生する応力が感圧素子へ伝達されることがなくなる
。

６、全体として対称構造とすることができるので、製造
、組立が容易であり、メンテナンスも簡便に行なうこと
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の差圧検出装置を説明する為の断面図、第
２図ａ、ｂは夫々第１図の一部分を抽出し拡大して示す
断面図、第３図は本発明の一実施例を説明する為の断面
図、第４図は第３図の一部分を抽出し拡大して示す分解
斜視図、第５図は第４図の変形例を説明する為の分解斜
視図、第６図は他の実施例を説明する為の一部切欠断面
図である。 図中３０は本体ケース、３１は貫通孔、３３は開口部、
３４は過圧防止機構、３５は感圧素子、３６ａ、３６ｂ
はダイヤフラム、３８ａ、３８ｂは圧力伝達媒体、４０
ａｔ４０ｂは受圧フランジ、６５ａｐ６５ｂはベローズ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本体ケースと、このケース内に収納され、圧力を電
   気信号に変換する感圧素子と、この素子とにより本体ケ
   ース内を分割するようにこの素子と平行な一直線上に対
   向配置され、被測定圧力に応動する２個の圧力変位弾性
   体と、分割された本体ケースの夫々に収納され、夫々被
   検出圧力により変位するダイヤフラムで封止された圧力
   伝達媒体と、この夫々の媒体内に配置され、前記弾性体
   の夫々に応動して、夫々の媒体を前記感圧素子側及びダ
   イアプラム側に分離する１対の調節弁とを具備し、検出
   範囲以上の圧力が印加された時、一方の前記弾性体に応
   動する前記調節弁により媒体をダイヤフラム側と素子側
   とに分離して媒体の移動を阻止するとともに、他方の前
   記弾性体により素子側の封止された媒体の微動を吸収す
   ることを特徴とする差圧検出装置。 ２ 感圧素子が弾性体の移動方向に平行に配置されたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の差圧検出装
   置。 ３ 感圧素子が応力を吸収する部材を介して本体ケース
   に取着されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の差圧検出装置。 ４ ダイヤフラムが本体ケースの弾性体の移動方向に突
   出した部分に取付けられたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の差圧検出装置。 ５ 本体ケースがすくなくとも一方の媒体の移動を制御
   する絞りを具備したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の差圧検出装置。 ６ ダイヤフラムが本体ケースに溶接されたのちも内容
   積の調整可能なことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の差圧検出装置。