JPS5862533A - 圧力計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は歪み針圧力トランスデユーサに関するものであ
り、更に詳しくいえば、圧力または圧力差がダイアフラ
ムに直接加えられ、そのダイアフラムの曲りが電気機械
的なトランスデユーサにより検出され、そのトランスデ
ユーサはダイアフラムに加えられた圧力に比例する電気
信号を発生し、その信号は受信指示計、プロセス制御器
またはコンビエータへ与えられるような圧カドランスデ
ューサに関するものである。

従来、前記したような種類の圧力モニタ・トランスデユ
ーサにおいては、ダイアフラムは通常薄い金属板の形に
作られ、その金属板に歪み計が直接とりつけられ、その
歪み計は電気的に接続されてダイアフラム上にトランス
デユーサを直接形成する。ある圧力モニタ・トランスデ
ユーサにおいては１つのダイアフラムが、用いられ、他
の圧力モニタ・トランスデユーサにおいては２つのダイ
アフラムが用いられ、それらのダイアフラムは共通の曲
り動作を行うように互いに連結でき、その５ちの一方の
ダイアフラムだけに検出用の歪み計がとりつけられる。

モニタされる圧力はシリコン油ボデーなどに加えられ、
そのためｋそのシリコン油ボデーなとは、検出用の歪み
計の動作を介して圧力をモニタするために設けられてい
るダイアフラムを曲げさせる。従来、この種の圧カドラ
ンスデューサは水柱約１５０ｍ　（６インチ）以下の低
い圧力に対しては十分な感度を持たなかったが、約２１
ｋｇ／■２（約３００　ｐｈｉ　）の圧力範囲で動作す
る。

この種の計器の感度を更に高くするために、従来はダイ
アフラムの動作面積を広くし、したがってダイアフラム
自体を大きくしていた。しかし、・ダイアフラムが大き
くなると過大な圧力のためにダイアフラムが破れるとい
う問題が生ずる。この問題はこの種の装置では極めて一
般的に経験されることである。より高級なこの種の装置
では、過大な圧力によりダイアプラムが破損されること
を防ぐための手段が装置内に組込まれている。

したがって、従来のこの種の装置はかなり大型で、複雑
であり、その調整と操作は面倒であって、それらを行う
ためには訓練を受けて経験を積んだ人を必要とし、しか
もその価格も１台当り約８００ドルと比較的高い。

本発明の目的は、用いる検出ダイアフラムを通常の安価
な弾性型ダイアクラふとすることができ、そのダイアフ
ラムは圧力空洞の中にとりつけられてそのダイアフラム
の両側に高圧室と低圧室を形成し、それらの高圧室と低
圧室には圧力を測定される流体が供給されるようになっ
ており、トランスデユーサ自体は歪み計器トランスデユ
ーサであって、隔てられている別々のばね鋼製の板ばね
Ｋとつつけられ、その板ばねは弾性ダイアフラムとは別
々であるが、ダイアフラムに加えられる流体の圧力の作
用に応じそのダイアフラムにより動かされるためＫその
ダイアフラムに連結される簡単で、比較的安価な歪み針
圧カドランスデューサを得ることである。

本発明の他の目的は、曲りを検出するようにして歪み計
がとりつけられるようになっており、弾性ダイアフラム
が曲げられた時に曲げられる動作長を有するように所定
位置に留められる独立した片持ち支持された板ばねにリ
ンク機構により連結されている前記ダイアフラムへ、圧
力によりひき起される曲りを加えて歪み計に信号を発生
させる歪み針圧力トランスデユーサを得ることである。

本発明の更に他の目的は、圧力が測定される流坏により
可とり性の弾性ダイアフラムが曲げられ、その曲りはダ
イアフラムの上方に片持ち支持されている板ばねの動作
長へ面接伝えられ、その板ばねの動作長には、ホイート
ストーン・ブリッジとして構成されている歪み計が板ば
ねのその動作長に接合され、それにより、通常の金属製
ダイアフラムの実効動作面積を広くすることにより感度
を篩（するという明らかに行き詰まりであるやり方を継
続する代りに、ダイアフラムとは独立しているが、その
ダイアフラムにより動作させられる歪木計と鋼製の板は
ねとのアセ、ツブリにより低い圧力に対する感度が高（
される歪み針圧カドランスデューサを得ることである。

本発明の別の目的は、圧力空洞を形成するために構成さ
れたハウジングと、そのハウジング空洞を横切って設け
られ両側に高王室と低圧室を形成する弾性ダイアフラム
と、米国特許第３，８６２，４１６号に開示されている
ような種類の板ばね型レンジばね（ｒａｎｇｅすｒｉｎ
ｇ）　　とを主な機械的部品として用い、自己温度補償
を行い、センサ素子の加熱を最小限に抑えるように低い
入力電圧で励損するために、レンジばねは板ばねとの特
殊な組合わせで検出素子型歪み計に関連させられる、数
個の簡単で基本的な機械的部品を用いる歪み針圧力トラ
ンスデユーサを得ることである。

本発明の更に別の目的は、歪み計の動作を安定にするた
めへ容易に利用できる通常の安定な電源から電力を供給
される、歪み計のハウジングの中に納められているプリ
ント回路板に設けられている電子回路により歪み計励撫
電圧が与えられ、ダイアフラムが曲げられ、それにより
板ばねが曲げられた時に歪み計が約４〜２０ミリアンペ
アの範囲のミリアンペア出力または約１〜５ミリボルト
の範囲のミリボルト出力を発生し、その出力を指示計、
プロセス制御器またはコンピュータへ与えることができ
る歪み針圧力トランスデユーサを得ることである。

本発明の更に別の目的は、数個の簡単で基本的な部品を
用い、製作と組立のコストが低く、使用が容易で、寿命
が長く、正確である、水柱約０−０．６３　（４ｍ　（
０〜０．２５インチ）の圧力から約０．７〜１．０６　
ｋｇ／　ｃｍ２（１０〜１５　ｐｓｉ　）の圧力の範囲
の低い流体圧の測定にとくに適する歪み針圧カドランス
デューサを得ることである。

本発明に従って、歪み針圧カドランスデューサは、内部
圧力空洞と、歪み計の内部栓低圧室と高圧室に分離する
町とり性の弾性トランスデユーサをとりつけるためにく
ぼまされている底部壁を形成するハウジングを備え、低
圧室はダイアフラムのハウジング置部壁側に設けられ、
ハウジングは七の開かれている側を閉じて高圧室を完成
するカバーを含む。前記米国特許に開示されているレン
ジばねに類似する根ばね型レンジばねが高圧室の中でハ
ウジングとダイアフラムの一方の側に片持ち式に留めら
れ、ダイアフラムの上方に重なる板ばねの動作長を形成
し、低圧室と高圧室の中の圧力変化に応じたダイアフラ
ムの曲りＫより曲げられるように前記板ばねのその動作
長はダイアフラムに連結される。板ばねの動作長には歪
み計が固定される。ここで説明する実施例では、歪み計
は箔からエツチングにより作られた４個の正方形状検出
素子をホイートストーン・ブリッジ状に接続して構成さ
れた電気機械的なトランスデユーサである。それらの検
出素子は自己温度補償型である。

そのトランスデユーサは、歪み計のハウジング内に板ば
ねの上方に板ばねから隔てて配置されるプリント回路板
に設けられている電子回路から電力を供給される。その
電子回路は適当な安定化電源から電力を供給された時に
一定電圧を歪み計に供給する。ダイアフラムが曲げられ
て板はねの動作長が曲げられると歪み計が不平衡となり
、そのために歪み計の出力信号がそれに対応して変化さ
せられ、その変化は電子回路により増幅されて約４〜加
ミリアンペアまたは約０〜５ミリボルトの範囲の出力に
変えられ、その出力は指示器、記録器、またはコンピュ
ータなどに与えられる。電子回路はトランスデユーサの
測定範囲を調節する調節器と、トランスデユーサの零点
調節器との２つの内部調節器を有する。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明の圧力計１０はハウジング１１を有する。このハ
ウジングはハウジング部材１２を含む。このハウジング
部材はアルミニウムまたはアルミニウム合金のような適
当な金属材料または適当なプラスチックから作ることが
できる。ハウジング部材１２は開放端部１４を有し、こ
の開放端部はカバー１６により閉じられて圧力計の圧力
空洞１７を形成する。

カバー１６はポリエチレンまたはポリカーボネートのよ
うな強度の高い不透明な硬いプラスチック材料をなるべ
く用いて作る。カバー１６は、ハウジング部材１２にね
じ込まれている（１！ＰＰＰ番号加で示されている）輪
状のキャップすなわちベゼル１８（これはハウジング部
材１２と同じ材料で作ることができる）により所定位置
に固定される。

ハウジング部材１２は皿形部分２４を形成する後部壁２
２を含む、その皿形部分冴は図示の形で、可とう性ダイ
アフラム２８により圧力空洞１７から形成される低圧室
２６のための静止壁を形成する。ダイアフラム路はなる
べくシリコンサムまたはそれと同等の材料で作る。ダイ
アフラム路はその別の側に高圧室部を形成するようにそ
のリム２９を適切な位置に曾くようにしてダイアフラム
路を適切に配置する。図示の形のダイアフラム路の中央
部は補強板３１と３２の間にはさまれて連結リンク３４
に固定される。このりンクＵはロッド素子３６を有し、
このロッド素子の端部３８，４０にはねじが刻まれ、そ
れらのねじにはナツト４２がねじ込まれて、圧力が洩れ
ないようＫしてダイアフラムを留める（図示の実施例で
はボス４３がリンク３４のためのストップとして機能す
る）。

ダイアフラム路には板ば゛ね４６の形のレンジばね４５
が組合わされる。板ばね４６の端部４８をハウジングが
とりつけられているすべり構造体５２に留めるようにし
て、ハウジング部材１２の後部壁２２に板ばね４６の端
部４８がねじ５０で片持ち式に留められる。

Ｍｉｌ記すべり構造体５２は、米国特許第３，３９７，
３１９号に示されているような構造で、板ばね４６の動
作長５５を！１節するためのＵ字形クランプ５４を支持
する。

板ばね４６０両側でロッド部材３６の端部３８にねじ込
まれているナツト４４がそのロッド部材３６シたがって
ダイアフラム２８を板ばね４６に連結して中動を生じな
い伝動連結機構を板ばね４６の動作長５５とダイアフラ
ム路の間忙形成する。駿たがっ−て、板ばね４６の動作
長５５は、板ばね４６に加えられるクランプ５４０作用
によって定められる支点６ｏを中心として揺−励させら
れる。

ハウジング部材１２の全体的な構成とダイアフラム路の
装置の状況は米国特許第３，３９７，３１９号に開示さ
れているようなものとすることができる。ダイアフラム
路のリム２９には連続ビード６２が形成される。この連
続ビードは、ハウジング１２に皿形部分２４の周囲に形
成されている溝６４の中に受けられ、皿形の板６６によ
り所定位置に保持される。その皿形板６６は、ハウジン
グ部材１２に形成されている円形のくぼみ７０に加えら
れる適当な固定りング６８によりダイアフラムのリム２
９に、対して固定される。

板ばね４６とくにその動作長５５の上面８０には箔から
エツチングで作られた４個の正方形グリッド排出素子８
６　、．８８　、９０　、９２がホイートストーン・ブ
リッジ接続されて電気機械的トランスデユーサ９４より
成る歪み計８４が接合される。トランスデユーサ９４は
圧力計１０の高圧室部の中に設けられているプリント回
路板９８１Ｃとりつけられている電子回路９６により電
力を供給される。第２図から明らかなように、プリント
回路板９８は板ばね４６の上にその板ばね４６から離れ
てハウジング部材１２にとりつけられて、ダイアフラム
路の曲りＫより曲げられる板ばね４６の動作長５５０曲
り動作を妨げないようにしている。

電子回路９６の部品とその接続が第６．９図に示されて
いる。電子回路９６は、ハウジング部材１２の穴１０２
（第４図）に洩れが生じないようにしてはめ込まれるハ
ウジング・プラグ・アセンブリ１００（第４，６図）に
接続される。

以下の説明から明らかＫなるように、’Ｉ子回路９６は
歪み計８４に一定の直流電圧を供給する。この電子回路
９６はプラグ・アセンブリ１００を介して安定化電源（
図示せず）ｋ接続される。

ハウジング部材１２には通常のねじソケッ）　１０４と
ねじ穴１０６が形成される。それらのソケットとねじ穴
により高圧室（資）と低圧室２６は高圧源と低圧諒にそ
れぞれ連結される。高圧室３０または低圧室２６に加え
られている圧力が変化するとダイアフラム路がそれに対
応して曲げられ、そのダイアフラム」の曲りはリンク３
４を介して板ばね４６の動作長５５へ伝えられ、そのた
めに叛ばね４６はそのダイアフラムあの曲りに対応して
曲げられる。そのために歪み計の抵抗値が変化するから
、歪み計のホイートストーン・ブリッジが不平向となり
、前記圧力変化に比例する１ぎ号が発生される。その信
号は遊子回路により増幅され、約４〜２０ミリアンペア
または約１〜５ミリボルトの範囲の出力に変えられる。

その出力はプラグ・アセンブリ１００を介して通常の測
定器、記録器、またはコンビ島−夕や制御器のようなプ
ロセス制御装置へ与えられる。

本発明の圧力計においては、ダイアフラムあのいずれか
の側に加えられている圧力の変化によって曲げられるダ
イアフラム路は基本的に弾性部品であり、その補強され
ている部分は曲げ応力を受けず、りンクＵを介してダイ
アフラム２ＢＫより動かされるように板ばね４６はダイ
アフラム路に直結されている板ばね４６に加えられてい
る圧力の変化を歪み計８４は実際に検出する。したがっ
て、ダイアフラム路の寸法は超低圧動作を行わせるため
に、とりつけられる歪み計８４とは関係なく、ダイアフ
ラム路の寸法はそれを破損させる過大な圧力を阻止する
よ５に定められる。

一方、部品を構成する歪み計８４とばね鋼製の板はね鋳
との性質と組立は歪み計８４が自己温度補償をするよう
なものである。

板ばね４６は、焼入れ□および光輝焼戻しされた、また
は焼入れおよび情熱焼戻しされた８ａｎｄｖｉｃｋＯ−
１０９５のような、適当な焼戻しされたばね鋼から作ら
れる。実際には、板ばね４６の端部４Ｂを上側の固定板
１１４と下側の固定板１１６の間に挿入し、それらの固
定板１１４　、１１６と板ばね４６およびすべり棒５２
に固定ねじ５Ｇを通して、ハウジング部材１２に設けら
れているねじ穴１１８に固定ねじ５０をねじ込むことに
より、すベリ棒５２をハウジング部材１２のペデスタル
形成リブ１１０の上部に固定することによって板ばね４
６はその動作位置に装置される。クランプ５４において
は、板ばね４６は上側と下側の固定板１２０　、１２２
の間に受けられる。下側の固定）ｆ１１２２はすべり棒
５２の上に乗り、クランプ５４にねじ込まれている止め
ねじ１２４は上側の固定板１２０に接触して板ばね４６
をすべり棒５２に接触させ、板ばね４６の動作長５５と
支点６０を定める。

各検出素子８６　、８８　、９０．９２は、図示の実施
例では、市販されている種類の正方形グリッド箔素子で
構成され、好適な態様では各素子は厚さが約０．００８
６ｍ　（約０．０００３インチ〕のコンスタンタン箔を
正方形状のグリッドにフォトエツチングして作られる。

コンスタンタンというのは銅とニッケルの合金であって
、その熱膨張率は小さく、かつ制御できる。この素子は
、エポキシ−フェノール樹脂のような適当な合成樹脂で
構成された支持体にとりつけられ、その支持体は米国ミ
シガン州デトロイト所在のウィリアム・ティー・ピーン
社（Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｔ、Ｂｅａｎ　Ｉｎｃ、　）から
販売されているＢＲ−６１０２成分高性能エポキシ樹脂
またはそれと同等品のような接合材料を用い、前記合金
と同じ合金で作られた適当な形の箔コネクタとともに板
ばね４６Ｖｃ接合される。

検出素子８６〜９２は大きな表面積対横断面面積比、た
とえば約１９０対１、を有する。そのためｋこの歪み計
に荷重が長期間にわたって加えられても大きね安定度が
保たれ、歪み計８４の下側の板ばね４６の領域における
温度変化に歪み計８４が良く追従できるよ５ＶＣ１，、
かつ内部に生じた熱を効果的に放散できる。歪み計のそ
れぞれの検出素子における各抵抗値単位当りの抵抗値の
変化（オーム当りのオーム）と検出素子に加えられる歪
み（センナメートル当り°のセンナメートル）との比で
ある、検出素子の計器係数（ｇａｕｇｅｆａｃｔｏｒ）
はここで説明している用途ではなるぺ（約２．１にする
。

本発明の特徴は検出素子８６〜９２のグリッドが第６図
に示されているようにして相対的に配置され、検出素子
８８と９２のグリッドが板ばね４６を横切る方向に延び
てそれらの検出素子８８　、９２が温度補償を目的とし
てだけ板ばね４６に対して向けられ、検出素子８６と９
０のグリッドが板ばね４６の長手方向に沿って延び、そ
れらの検出素子がとりつけられている板ばね４６の動作
長部分の曲りを検出するために板ばね４６に対して向け
られることである。板ばね４６が曲げられると検出素子
８６．９０のグリッドの長さ、したがって横断面の面積
が変化し、そのためにそれらの検出素子８６　、９０の
電気抵抗値が変化することによりトランスデ、　−９９
４が生じた圧力変化を示す信号を発生する。

検出素子とそれらの検出素子の接点の構成・配置は、完
全なホイートストン・ブリッジ接続とするために従来の
やり方に従って行い、かつできるだけ小型にすることが
好ましい。好適な実施例においては、各検出素子８６．
８８，９０．９２の電気抵抗値は約３５０オームであっ
て、温度補償を行う目的で各検出素子は互いに一致させ
られる。

キャリヤにとつつけられ、自己温度補償されるようにし
てそれぞれの接点すなわちタブ１３０，１３２゜１３４
　、１３６　、１３８とともに完全なホイートストン・
ブリッジ状に接続される検出素子８６　、８８　、９０
　、９２は米国イリノイ州ロンパート（ＬＯｍｂａｒｄ
）所在のエレクトリックス・インダストリーズ社（ｉｃ
１ａｃｔｒＬｘＩｎｌｕｓｔｒｉｅａ工ｎｃ、）　（カ
ッド・ゲージ（Ｑｕａｄ　ｇａｕｇｅ）　ＱＴ−０６−
３！ｔｏ　）、米国ノースカロライナ州う−レイ（Ｒａ
ｌｅｉｇｈ）所在のマイクロメージャーメント社（Ｍｉ
ｃｒｏｍｅａａｕｒｅｍｅｎｔ　Ｉｎｃ、）　（ＭＡ−
０９−１２ＯＮＯ−３５０）、米国マサチ為−セッツ州
つオルサム（Ｗａｌｔｈａｍ）　所在のＢＩＪｉエレク
トロニクス社（ＢＬＨＲ１ｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣＯ６）
などのようないくつかの製造会社から市販されている。

板ばねが完廃に平らな時はホイートストン・プリクジが
平衝させられるように、ホイートストン・ブリッジ状に
構成された歪み計８４が板ばねＫとつつけられる。この
ホイートストン・ブリッジは第９図には参照番号９５で
示されており、鋼箔からエツチングによって作られた適
当な端子１３１　、１３３　、１３５　、１３７　　と
とも−板ばねにとりつけられ、歪み計８４の検出素子の
キャリヤと同じ一類のキャリヤにとりつけられ、そのキ
ャリヤは禰みＲ１８４の検出素子と同じようなやり労で
板ばｆａ４６ｆ）表面８０に接合きれる。これに関連し
て□、−雇を最高にするためには、りンクあを介して加
えられるダイアフラム路の曲げ作用によって板ばねが最
大に曲げられるのが板ばねの支点であるか６９歪み計８
４を支点のすぐ近（で、動作長部分側にとりつけること
が重要である。　　　　　　　　　□ホイートストン・
ブリッジの検出素子８８．９２はトランスデー−サ９４
の温度補償部分を構成し、歪み計８４に及ぼされる温度
に関する限りは、その温度補償部分はトランスデユーサ
Ｈの曲り信号発生部分とそっくり同じである。温度変化
によりひき起される信号発生検出素子８８，９２の抵抗
値変化が温度補償検出素子８６　、９０の同一の温度補
償抵抗値変化によりうち消されるように、検出素子８６
．８８゜９０．９２は向きを定められてブリッジ接続さ
れる。

第９図には歪み計ホイートストン・ブリッジ９５ｉとも
に電子回路９６が示されている。ホイートストン・ブリ
ッジ９５と電子回路９もの・間の主な結線を第６図に示
す。リード１４０は接点１４４と、電子回路９６の安定
化電源部１５５の全波ブリッジ整流器１５２の接点１４
８との間に接続され、リード１４２は接点１４６と電子
回路９６の安定化電源部１５５の全波ブリッジ整流器１
５２の接点１５０との開に接続される。

ブリッジ整流器１５２の接点１５４はリード１５６へ接
続され、ブリッジ整流器１５２の接点１５ｉはリード１
６０を介して適当な正の電圧調整器１６Ｇに接続される
。この電圧調整器１６２はコネクタ１６４によりリード
１５６へ接続され、リード１６０は並列の平滑コンデン
サ１６６　、１６８を介してリード１５６へ接続され、
かつ電圧舅整器１６２の出力端子は平滑コンデンサ１７
０を介してリード１７０′と１７６に接続される。リー
ド１７６はコネクタ１）２を介してプラグ端子１７４に
接続される。

端子１４４　、１４６において電子回路９６へ供給され
る電力はそれらの端子のプラグ・アセンブリ１００へ接
続される適当な安定化ｍ源からなるべく供給−（′るよ
うにする。そして、そのｔ源の電圧は、電源が自流電源
であれば約２０〜３０ボルト、電源が交υｉＬ　’＃Ｌ
源であれば約１８〜２６ボルトにする。交流′電源か用
いられる場合には、ブリッジ整流器１５２がその交流を
螢流し、止篭圧請整器１６２は１５ボルトの１流出力を
生ずるように通常構成される。あるいは、１５ボルトの
自流電源を端子１７４に接続することができる。

リード１５６　、１７４が企み計ホイートストン・ブリ
ッジ９５の端子１８２　、１８０へリード１８３　、１
８４を文れぞれ介して接続され、リード１８６が適当に
接地される。リード１８４はリード１８Ｂと、抵抗器１
９０、ボテフシ。メータ１９２と、抵抗器９４とを介し
てリード１８３へ接続され、ボテンシ冒メータ１９２の
口ｆ動接点はり一ド１９８と抵抗’ａ、、、、、；Ｗ６
を介して歪み計ホイートストン・ブリッジの端子２００
へ接続される。抵抗器１９０　、１９４　、１９６とボ
テンシ冒メータ１９２は懐で説明する平向機能を行う。

端子２００はり−ド２０４　Ｋより増幅器２０２０入力
端子へも接続される。歪み計ホイートストン・ブリッジ
９５の端子２０６はリード２０８により増幅器２１００
入力端子へ接続される。増幅器２０２と２１０の間には
ボテンシ日メータ２１２と抵抗器２１４が直列に接続さ
れる。ボテンシ曹メータ２１２は歪み計スパン調整器す
なおち動作範囲調整器を構成する。歪み計ホイートスト
ン・ブリッジ９５の検出素子が製造誤差のために抵抗値
が一定とならないから、増幅７，２０２と２１０の間に
接続されている抵抗器２１２と２１４を流れる電流を零
にするための子側機能を、抵抗器１９０，１９４゜１９
６とポテンシ曹メーター９２で構成された回路が行う。

この点における電流零操作は、歪み計スパン調整と以下
に説明する歪み計零調整との間の相互作用を零にするた
めに行われるものである。ボテンシ曹メータ２１２は抵
抗器２１４とともに動作して、所望の歪み計スバ、ンに
応じて、この歪み計が□ 取り扱う流体の圧力が輔くなる時はボテンシ曹メータ２
１２と抵抗器２１４との直列回路の抵抗値を高クシ、こ
の◆み計が取り扱う流体の圧力が低くなる時はボテンシ
璽メータ２１２と抵抗器２１４との直列回路の抵抗値を
低くする。

増幅器２０２　、２０４は増幅器２１６および抵抗器２
１８゜２２０　、２２２　、２２４　、２２６　、２２
８　、２３０　、２３２とともに互いに適切に接続され
て電流増幅器２３４を構成する。

この電流増幅器はホイートストン・ブリッジ９５から信
号を受け、その信号を約２０ミリアンペア・フルスケー
ルまで増幅する。ホイートストン・ブリッジ９５から過
電圧信号が与えられた時は、抵抗器２３０　、２３２は
電流増幅器２３４から得られる出力を制限する電流制限
器を構成する。

適当な増幅器２３６と適当なトランジスタ２３８゜２４
０がコネクタ２°４５を介してプラグ・アセンブリ端子
２４４へ電流を出力するための終段の電流増幅器と電流
変携器２４２を構成する。その出力電流の値はリード２
４７を介し℃アース１８６　Ｋ接続されている抵抗器２
４６の電圧降下値により決定される。

この歪み計の零調整は抵抗器２５１　ｋ組合わされてい
るボテンシ田メータ２４８　Ｋより行われる。

したがって、ボテンシ冒メータ２１２は参照番号２１２
ムで示されている歪み計スパン調整器を形成し、ポテン
シ璽メータ２４８は参照番号２４８ムで示されている歪
み計零調整器を形成する。

それらのポテンシ冒メータ、トランジスタ、およびホイ
ートストン・ブリッジ９５を除くその他の電子部品は市
販されている通常のものである。

この電子回路９６のリード１４０　、１４２または１７
２へ前記安定化電源が接続されると、板ばね４６が曲げ
られていない限りはホイートストン・ブリッジ９５は平
衡しており、ボテンシ嘗メータがそのように調整されて
いない限りは端子２４４には信号は現われない。電子回
路９６へ電力を供給する安定化電源は、ハウジングの流
体圧連結部１０４　、１０６が流体圧源に連結される時
に動作を開始させられるのはもちろんである。ゲージ圧
を測定する場合には、流体圧連結部１０４は大気中に向
って開かれており、流体圧連結部１０６は被測定圧力源
に連結されるから、ゲージ圧高圧室３０へ連結される。

差圧を測定する場合には、低圧源が７１ウジング連結部
１０４へ連結され、高圧源がハウジング連結部１０６へ
連結される。

圧力計１０へ流体圧が加えられるとダイアフラム２８が
曲げられるから板ばね４６の動作長５５がダイアフラム
２８の曲り１（対応した大きさだけ曲られる。

そのために歪み計８４が不平衡となり、電子回路９６か
ら信号が発生される。この信号は、板ばね４６の動作長
５５が板ばね４６の固定長４７と支点６０に対して曲げ
られていない状態から曲げられた大きさに比例する。プ
ラグ・アセンブリ１００の端子２４４は圧力計１０の１
４号をモニタする装置に接続される。正′帛に機能させ
るために、ホイートストン・ブリッジ９５が平衡させら
れている時は、用途に応じて、ｙｌ−子２４４にたとえ
ば４ミリアンペアの公称電流を与えることにより零調整
器２４８Ａが設定され、それにより、ダイアフラムの両
側に同じ圧力が加えられた時に、したがって板ばね匂６
が曲げられないで平らになっている時に、この、圧；、
力計が最小の信号を発生する。ダイアフラムが圧力を受
けて曲げられると、板ばねがそのダイアフラムのその曲
りに対応して曲げられ、そのためにこの圧力計により発
生される信号がプラグ・アセンブリの端子２４４と適当
な接続部を介して記録装置またはモニタ装置に与えられ
る。そして、電子回路９６からは約４〜２ｏ建リアンペ
アまたは約１〜５ミリボルトの範囲のミリアンペア出力
またはミリボルト出力が発生され、その出力は指示器、
プロセス制御器またはコンビ、−タへ与えられる。

いい換えると、圧力計１０が連結きれている圧力源の圧
力が変化すると、ダイアフラムしたがって板ばね４６を
曲げる圧力信号が与えられる。そのために歪みｗ′Ｆ８
４に曲げ応力が加えられ、その曲げ応力のために歪み計
の検出素子の横断面の面積が変化し、その結果として歪
み計回路中の電気抵抗が変化することになる。この電気
抵抗の変化により、前記圧力信号に比例するトランスデ
ユーサ・モニタ電気信号が発生される。その電気信号は
種々のモニタ装置または種々の一御装置で使用できるよ
うに増幅などの処理を受ける。

第２．６図には電子回路９６を構成する電子部品と、そ
れらの電子部品を接続するリードが示されている。増幅
器２０２　、２１０　、２１６　、２３６　が４つの増
幅器より成る増幅回路アセンブＩＪ　２４９として構成
される。そのような増幅回路アンセプリはナシ賃ナルー
セミコンダクタ社（Ｎａｔｉｏｎａｌ　８ｅｍ１ｃｏＭ
ｕｃｔｏｒ）（低カッド演算増幅器Ｎｏ、　Ｉ、Ｍ３２
４　）およびその他の製造業者から市販されている。プ
ラグ・アセンブリ１００は通常の多プラグ人カー出カコ
ネクタであって、穴１０２にねじ込まれるフォーク状の
・プラグ・ボデー２５３で構成される。このプラグ・ボ
デー２５３は適当なエポキシ樹脂により位置２５７でシ
ールされる。動作範囲調整器２１２ム　と零調整器２４
８ムにはつまみ２６０，２６２がそれぞれとりつけられ
る。つまみ２６０は動作範囲調整器２１２Ａを調整する
ボテンシ嘗メータ２１２に結合され、っまみ２６２は零
調整器２４９Ａのボテンシ欝メータシ４８に結合される
。これらのつまみとボテンシ璽メータとの結合叫、それ
ぞれのボテンシロメータ２１２　、２４８の回転部品２
６５（第３，５図）のソケットすなわちスロットの中に
はめ込まれる平らな軸部２６４をキーで止めることによ
り行われる。これによりスプライン連結部２６３が形成
される。このスプライン連結部２６３は前記米国特許第
３，８６２，４１６号に示されている対応するスプライ
ン連結部に類似する。

つまみ２６０　、２６２は、たとえば適当な固定リング
２７１を用いることｋより、カバー１６に永久的に固定
され、流体の洩れを防ぐ適当な０リング２６７によりシ
ールされる（第５図）。カバー１６には商標や製品標識
記号・番号などをつけることもできる。

プリント回路板９８は通常のものであって、ガラス−エ
ポキシまたはフェノール樹脂製の適当な形の基板表面に
１希望の接続導電路（図示せず）を形成したものである
。図示の実施例では、回路板９ＵＣはリンクＵと整列す
る丸い穴２６９があけられる。

配線を完了した回路板９８は、回路板９８の抜部２７ｏ
。

２７２をハウジング部材１２のそれぞれのペデスタル２
７４　、２７６　（第６図〕の上に輩き、ねじ穴２８０
゜２８２にねじ２７８　、２７９をそれぞれねじ込むこ
とにより、ハウジング部材１２の中にとりつけられる。

ペデスタル２７４　、２７６のそれぞれ’１５ｔりっけ
面２８４゜２８６は平らであって、圧力計の平面と共平
面関係にある。回路板９８の前部２９Ｇにはとりつけね
じ２９４がねじ込まれるねじ穴２９２が設けられる。と
りつけねじ２９４により回路板９８はとりっけブラケッ
ト２９６に固定される。そのとりつけブラケット２９６
は一対の適当なねじおよびナツト・アセンブリ２９８に
よりハウジング部材１２に固定される。ブラケット２９
６のとりつけ７ランジ３００　Ｋはねじ２９４がねじ込
まれるねじ穴が設けられる。プラグｙ　ト２９６には前
記アセンブリ２９８を受ける穴も設けられる。

ハウジング部材１２には円錐台形の表面３１０を形成す
るための開放端部１４が形成される。その円錐台形表面
３１Ｇには、カバー側壁３１６に形成されている輪状の
くぼ３１４に受けられる適当なＯリング・シール３１２
が接触させられる。カバー！６の上にベゼル（ｂｅｚｅ
ｌ）　１Ｂが受けられる。このベゼル１８には輪状の固
定フランジ３１８が−の内側リムと一体に形成される。

この固定フランジ３１８は、ベゼル１８がハウジング部
材１２の外部ねじ部３２２にねじ合わされた時に、シー
ル３１２をハウジング部材１２の表面３１０　ｋ押しつ
けて、ハウジング部材１２の端部１４で高圧室駒なシー
ルする。もちろん、カバーとベゼルなハウジング部材１
２にとりつける時は、つまみ２６０　、２６２のキー要
素を、動作範囲調整器２１２ムと零調整器２４８Ａを形
成している部分のソケットに適＠にとりつけねばならな
い。

ここで説明している実施例では、ハウジング１２の後部
１１２２に設けられているねじ穴にねじ込まれている植
え込みねじ３３６　、３３８　　Ｋそれぞれねじ込まれ
るナツト３３２　、３３８　Ｋより、ハウジング部材１
２の後１ｉｈｓ壁２２に固定される０形とりつけプラケ
ッ）　３３０　Ｋ圧力計１０はとりつけられる。圧力計
ｌＯは他のやり方でハウジングにとつつけることもでき
る。

動作範囲調整管２１２ムと零＃４ｔｋ器２４８ムにはつ
まみ２６０　、２６２の代りに、ねじ回しの先端部を挿
入できるスロットが設けられた調整ローターをとり１．
１ つけることができる。この場合には、つまみ２６０゜２
６２が設けられる場所にねじ回しの先端部を入れるため
の穴をあける。それらの穴を通じて内部の部品に容易に
接触することがないように、それらの穴は適当なアクセ
ス・プラグにより閉じることができる。

ハウジング部材１２の低圧室２６への連結部（第８図）
のじょうご形内端部３４０には、比較的小さな入口穴３
４２を得るように、適当なエポキシ樹脂３４４が充填さ
れ、入口穴３４２の内径を約０．１３０ｎ　（約０．０
５インチ）にする。

以上の説明かられかるように、本発明は、感度がダイア
フラムの直径と無関係で、ダイアフラムは比較的安価な
弾性体ダイアフラムで構成される、特殊な歪み計トラン
スデエーサ圧力計を提供するものである。

電子回路９６はホイートストン・ブリッジ９５が必要と
する一定岨圧を供給し、直流１５ボルトにより、ホイー
トストン・ブリッジ９５を構成している検出素子の抵抗
層により発生される熱が最小となるから、この圧力計の
測定確度は高くなる。

ハウジング部材１２に固定されている回路板９Ｂに′成
子回路９８の部品がとりつけられるから、圧力計１０は
衝撃と震動に対して極めて強い。更に、この圧力計は最
高圧力限界にくり返えしさらされても損傷を受けたり、
再較正を必要とすることがないよ５に構成されている。

前記したように、この圧力計により与えられる信号はゲ
ージ圧または差圧を表すものであり、その出力信号は遠
隔指示または制御装置へ与えるために使用できる。

本発明の圧力計の実用的な例では、水柱θ〜約３８．１
　ｏｎ　（１５インチ）と０〜約１−４１　ｋｇ　／　
Ｏｎ”　（２０）Ｉｉ）の動作範囲のものがある。本発
明のように圧力検出トランスデユーサを板ばねｋとりつ
けたことが、金属ダイアフラムに圧力検出トランスデユ
ーサをとりつける従来の圧力計と異って、低圧測定を高
い確度で行うことができる主因であると考えられる。

本発明の圧力計は商用および工業用のエネルギー管理装
置に用いるのに理想的である。たとえば、この圧力計は
変速ファンおよび変速プロワの制御とシステム・ダンパ
の位置ぎめに用いることができる。この圧力ＮＩ゛を用
いることにより、ダクト内の空気速度と、空気Ｃ過器中
の圧力降下とについてのデータを制御コンビ轟−タへ連
続して供給できる。同様な用途が空調装置においても満
すことができる。医療の分野においては、血圧と呼吸圧
についての入力データを得るために、コンピュータによ
り制御される装ｍｌこの圧力計を用いることができる。

また、この圧力計はプロセス制御装ｋにおいても広く用
いられる。

また、任慧の低い空気圧またはガス圧を連続して制御ま
たは記録する必要がある場合にも、この圧力計はその様
ｉヒを果て。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図の左上部から姑だ本発明の圧力６１の平
面図、第２図は第１図の’ｌ−２＠Ｉ／Ｃ沿う断１１【
１図、第３図は第２図の上かむ獄だ、本発明の圧力計の
カバーを外した時の平面図、第４図は第６図の４−４４
−４ｌ沿う断面図、第５図は第１図の５−５線に沿う断
面図、第６図は、卸路板と、それに取りつけられている
電子部品とがハウジングからその一方の側へ移動させら
れ、板ばね歪み計とハウジング・プラグ・アセンブリの
間の電気接続と、低圧室と高圧室への連結が示されてい
る第３図に類似する平面図、第７図は歪み計と、そのた
めのコネクタとがとりつけられている板ばねの動作長部
と、歪み計の全体的な構成を示す拡大略図、第８図は第
６図の８−８線に沿う拡大断面図、第９図は板ばね歪み
計と、それに関連する電子部品およびそれらの接続を示
す回路図である。 ｌＯ・・・圧力計、１１・・・ハウジング、１２・・・
ハウジング部材、１７・・・圧力空洞、２６・・・低圧
室、２８出ダイアフラム、３０・・・高圧室、４５・・
・レンジばね、４６・・・板ばね、５５・・・板ばねの
＃＋作長、６０川支点、６８・・・固定リング、８４・
・・企み計、８６　、８８’　、　９０　、９２川検出
素子、９４・・・トランスデユーサ、９６・・・電子回
路、９８・・・同０．１１４．１１６．１２゜、′（舊
２３．：ｆｆｌ＆。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）内部に設けられた可とう性ダイアフラムにより高
   圧室と低圧室に分離される圧力空洞を有するハウジング
   と、このハウジングの高圧室の中でダイアフラムの一方
   の側の上に一端が片持ち式に固定される板ばねと、この
   板ばねの動作長およびその動作長が動く中心となる支点
   を定めるために前記板ばねの前記一端の近くを前記ノ１
   ウジングに省めるためのクランプ要素と、ハウジング内
   のダイアフラムのいずれかの側に作用する差圧に応じ工
   前記板ばねを偏向させるために前記板ばねの前記動作長
   に前記ダイアフラムを連結するリンクとを備える圧力計
   であって、前記ハウジングの中の前記ダイアフラムの前
   配板ばねが固定されている側で、その板ばねの上方にそ
   の仮ばねとほぼ平行に隔てられて固定される回路板を備
   え、 前記板ばねの前記動作長には歪み計が固定され、その歪
   み計はホイートストーン・ブリッジに自己温度補償され
   るようＶｃＬ、て接続された４個の正方形状のグリッド
   検出素子が固定され、１つおきの２個のグリッドは前記
   板ばねの長手方向に延び、残りの２個のグリッドは板ば
   ねを横切る方向に延び、 前記歪み計は、前記ハウジングの中に設けられている電
   子回路に接続され、その検出素子は、ダイアプラムと板
   ばねが曲げられていない時に、平衡させられ、 前記電子回路は前記回路板の上にとつつけられ、前記電
   子回路は前記歪み計に一定のｎＬｃ、電圧を供給するた
   めの要素と、ダイアフラムのいずれかの＠に作用する差
   圧の作用を検出するために、前記板ばねの動作長が曲っ
   ていない状態から曲ったことｋより発生された歪み針信
   号を増幅して出力を与えるための要素とを含むことを特
   徴とする圧力計。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の圧力計であって、
   前記歪み針信号は前記板ばねの前記動作長が曲っていな
   い状態から曲って前記ダイアクラムにより検出された圧
   力信号に比例して前記出力信号を与えることを特徴とす
   る圧力計。 （３）特許請求の範囲第２項に記載の圧力計であって、
   前記回路板は硬い構造のものであり、前記歪み計は前記
   支点に近接して配置されることを特徴とする圧力計。 （４Ｌ特許請求の範囲第２項に記載の圧力計であって、
   前記検出素子は箔から作られ、各検出素子の表面積と横
   断面の面積との比ははぼ同じであり、その比は比較的大
   きく、自己温度補償のために前記検出素子はほぼ一致さ
   せられることを特徴とする圧力計。 （５）特許請求の範囲第１項に記載の圧力計であって、
   前記電子回路は、　、％１．：み計の動作範囲を設定す
   るために手動で設定できる第１のボテンシ曹メータと、
   ダイアフラムと板ばねが曲げられていない時に歪み計の
   零調整を設定するための手動で設定できる第１のポテン
   シ■メータとを含むことを特徴とする圧力計。 （６）特許請求の範囲第１項に記載の圧力計であって、
   前記高圧室と前記低圧室を高圧流体源と低圧流体源にそ
   れぞれ別々に連結するために前記ハウジングが形成され
   ることを特徴とする圧力計。 （７）圧力空洞を形成するハウジングと、板ばねと、リ
   ンク要素と、連結要素とを備える差圧計であって、前記
   圧力空洞を高圧室と低圧室に分離する可とう性ダイアフ
   ラムが前記圧力空洞の中を横切って設けられ、前記板ば
   ねが前記ダイアクラムの一方の側の上に重なるようＫし
   て前記ハウジングの中に配置され、前記板ばねの一端は
   前記ハウジングに片持ち弐に留められ、前記リンク要素
   は前記ハウジングを前記板ばねに連結することｋより前
   −室内の差圧の下にダイアフラムを曲げて前記板ばねの
   他端部を直線運動させ、前記連結要素は前記高圧室と前
   記低圧室を高圧流体源と低圧流体源にそれぞれ別々に連
   結するものでちる差圧計において、 留めるための要素と、 前記板ばねの動作長と、前記ダイアフラムが曲げられた
   時に前記板ばねの動作長が動く中心となる支点とを定め
   るため忙ダイアフラムの周縁部に近接する前記ハウジン
   グの部分に前記板ばねな留めるためのクランプ要素と、 前記ハウジングの中の前記ダイアフラム前記板ばねが固
   定されている側に、その板ばねの上方にその板ばねとほ
   ぼ平行に隔てられて固定される回路板と、 を備え、前記ハウジングは後側に後部壁を有し、かつ前
   側が開かれているハウジング部材を備え、前記後部壁の
   ダイアフラムに面する側にはくぼみが形成され、そのく
   ぼみはダイアフラムとともに差圧計の低圧室を形成し、 前記ハウジングの前側には着脱できるカバーがとりつけ
   られ、そのカバーはダイアフラム′とともに差圧計の高
   圧室を形成し、 前記ダイアフラムの周縁部は円形であり、前記留めるた
   めの要素は、前記低圧室を前記高圧室からシールするた
   めに前記ダイアフラムの周縁部を前記ハウジングの前記
   くばみの周囲に留め、 前記低圧室と前記高圧室との内圧が等しい大気圧の時に
   前記板ばねの動作長は曲げられず、前記板ばねの前記動
   作長には歪み計が固定され、その歪み計にはホイートス
   トーン・ブリッジ状に接続された４個の正方形状のグリ
   ッド検出素子が固定され、１つおきの２個のグリッドは
   前記板ばねの長手方向に延び、残りの２個のグリッドは
   板ばねを横切る方向に延び、前記歪み計は前記ハウジン
   グ内に設けられる電子回路中に含まれ、その歪み計の検
   出素子は、ダイアフラムと板ばねが曲げられていない時
   は平衝させられ、 前記電子回路は前記回路板にとりつけられ、かつ前記電
   子回路は前記歪み計忙一定の電圧を供給するための要素
   と、ダイアフラムのいずれかの側に作用する差圧の作用
   を検出するために、前配板ばねの動作長が曲っていない
   状態から曲げられたことにより発生された歪み信号を増
   幅して出力を与えるための要素とを含むことを特徴とす
   る差圧針。 （８）特許請求の範囲第７項に記載の差圧計であって、
   前記各検出素子はコンスタンタン箔からエツチングによ
   り形成され、前記検出素子の表面積と横断面の面積との
   比は約１９０対１であることを特徴と１−る差圧側。 （９）Ｉ￥ｆ許請求の範囲第７項に記載の差圧計であっ
   て、前記ダイアフラムは弾性材料から形成されることを
   特徴とする差圧計。 ００）％許詞求の範囲第８項に記載の差圧計であって、
   箔製の前記検出素子は前記板はねに樹□脂で接合され、 前記歪み計は前記板はねの前記動作長の上に前記支点に
   近接して配置され１．、　、、、、、ｌｌ。 前記出力はミリアンペアの単位で約４〜加ミリアンペア
   、またはミリボルトの単位で約１〜５ミリボルトである
   ことを特徴とする差圧計。