JPS587321Y2

JPS587321Y2 - 差圧検出装置

Info

Publication number: JPS587321Y2
Application number: JP1976085097U
Authority: JP
Inventors: 西川清則; 田中昭夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1983-02-08
Also published as: JPS534973U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、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１の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２と受圧フランジ４ａ、４ｂとの間に
はそれぞれダイアフラム５ａ、５ｂが張着され、この
ダイアフラム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５ａ、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７を介して図示し
ない前置増幅器や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、内外面が側圧力伝達媒体５ａ、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６ａ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、板はね１４で連結されている。

この弁１２には、夫々本体ケース２に密着可能なＱＩ
Ｊソング２Ａ、１２Ｂが両端に取着されている。

また、この操作片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１１の伸縮に応じて弁１２及び板ばね１４を介して時
計方向あるいは反時計方向に回動するものである。

また、前記弁１２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、前記圧力伝達媒体６ａ
の移動を防止するように構成されている。

このように構成されているので、前記ベローズ１１は、
素子１の弾性限界内すなわち検出許容内の圧力が加わっ
ている場合には伺ら作動しないが、どちらか一方の被検
出圧力Ｐａ、Ｐｂがばね１５の押圧力及び板ばね１４
の反発力を越えたとき、すなわち素子１の弾性限界を越
えた場合には、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が感圧素子の弾性限界を越え
て印加されたとすれば、前記板はね１４の反発力および
ばね１５の押圧力に抗して前記操作片１３が支点１６ｂ
を中心に時計方向に回動し弁１２を図中右方向に移動さ
せた本体ケース２に密着させる。

これにより圧力伝達媒体６ａは、弁１２の部分で完全に
分離され、ダイアフラム５ａど弁１２との間、および１
２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１の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な欠点を生じる。

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ＱＩＪソング２Ａ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けであるが、更
に大きな圧力が加わると第２図Ｂに示すように図中左方
向に移動し、実質的にはＯリング１２Ａ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５ａ
、５ｂ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
とにより両者５ａ、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５ａ、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がダイアフラム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、ｓｂ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、加工の際生じる放熱振動、衝撃あるいは塵埃等の素
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へ加わわり静圧誤差が増大する
ことになる。

本考案は、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、本考案の一実施例を第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、その中心には階段状に
径太となる貫通孔３１が、またその上部及び下部には夫
々２つの導入孔３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ
により貫通孔３１に連通ずる開口部３４．３５が設けら
れている。

この貫通孔３１には、過圧防止機構３６が収納され、ま
た上部開口部３４には過圧防止機構３６に平行に配置さ
れた感圧素子３７が、さらに下部開口部３５には、補助
弾性体３８が夫夫収納されている。

また、前記貫通孔３１の両端は、夫々ダイアフラム４０
ａ、４０ｂにより密封され、上下部開口部３４．３５
は夫々シールキャツブ４１．４２により夫々密封されて
いる。

さらにこれら質量孔３１及び上下部開口部３４、３５
内には、圧力媒体４３ａ、４３ｂが封入されている。

この圧力伝達媒体４３ａ、４３ｂは、前記過圧防止機
構３６、感圧素子３７及び補助弾性体３８により夫々分
離されている。

また前記ダイアフラム４０ａ、４０ｂの外側には、被
検出圧力Ｐａ、Ｐｂを導入する孔４４ａ、４４ｂを
有する受圧フランジ４５ａ、４５ｂが夫々配置されて
おり、このフランジ４５ａ、４５ｂは、本体ケース３
０に液密に装着されている。

さて、次に感圧素子３７の取付構造、過圧防止機構３６
の構成及び取付構造さらに補助弾性体３８の取付構造に
ついて説明する。

まず、感圧素子３７について説明すれば、この素子３７
は環状の保持ディスク４６の一面側にその開口を閉塞す
るように液密に取着されている。

この保持ディスク４６は、前記素子３７の線膨張率に近
似した材料で構成され、例えばシリコーン等の半導体感
圧素子を使用する場合には、シリコーンあるいはコバー
ル等の材料で構成する。

また、このディスク４６の他面側には、前記素子３７の
出力信号線の端子板４７及び外部接続用の印刷配線板４
８が一体的に取着されている。

また、このディスク４６は前記素子３７をサンドイッチ
するようにして、筒状の応力吸収体５０に支持されてい
る。

この応力吸収体５０は、その径大部分を本体ケース３０
より浮かして取着され、またその孔を前記導入孔３２ｂ
に連通ずる如くして前記本体ケース３０に取着されてい
る。

これにより前記素子３７の一面は、前記上部開口部３４
側に、また他面は前記導入口３２ｂ側に夫々位置するこ
とになり、したがってこの素子３７の両面には、夫々前
記圧力伝達媒体４３ａ、４３ｂが接液している。

ところで、この素子３７、ディスク４６及び応力吸収体
５０等は前記キャップ４１を取外した状態で本体ケース
３０に容易に内装でき、また素子３７等の故障時には、
単にキャップ４１を取外して素子３４部分のみを修理す
れば良く保持点検が容易となる。

また素子３７の線膨張率のほぼ同等な保持ディスク４６
に取着したので、温度変化等による無用な応力が素子３
７に印加されることがなくなる。

さらに、ディスク４６と素子３７とを一体構成した状態
で、応力吸収体５０を介して本体ケース３０に取着する
ようにしたので、素子３７収納時に本体ケース３０に発
生する機械応力が素子３７に印加されることがなくなる
。

次に、素子３７の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３７を保護する過圧防止機構３
６について説明する。

この機構３６は、前記本体ケース３０の貫通孔３１内に
、前記ダイアフラム４０ａ、４０ｂ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３６は、その両端に螺子部５１ａ、５１
ｂ及びその一方の螺子部５１ａ側につば部５２が設けら
れた支軸５３を有している。

この螺子部５１ａ。５１ｂには、夫々調節弁５４ａ、
５４ｂが螺合されている。

この弁５４ａ、５４ｂは、前記螺子部５１ａ、
５１ｂに螺合する径大ナツト部５５ａ。

５５ｂを有し、このナツト部５５ａ、ｓｓｂの支軸５
３側端面には１．夫々Ｏリング５６ａ、ｓｓｂが取着
されている。

そして、このＯリング５６ａ。５６ｂと対向する部分に
は、本体ケース３０に設けられあるいは螺合された突出
部５７ａ、５’７ｂが位置しており、このＱＩＪソ
ング６ａ、ｓｅｂは前記支軸５３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Ｏリング５６ａ、５６ｂと突出部５７ａ。

５７ｂとの間隔ｌは、前記弁５４ａ、５４ｂを前記支
軸５３の螺子部５１ａ、５１ｂ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ｌが前記媒体４３ａ、４３ｂの移動量すなわ
ち印加される圧力を規制する基本条件となる。

また、前記５４ａ、５４ｂのダイアフラム４０ａ。

４０ｂ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
。

このバネ体５８ａ、ｓｓｂ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、６
１ｂ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。

また、前記支軸５３のつば部５２には、前記媒体４３ａ
、４３ｂに応動するベローズ６５の一端が取着されて
いる。

このベローズ６５は、支軸５３に同軸的に配置され、そ
の他端は、前記本体ケース３０の導入孔３２ａと３２ｂ
及び導入孔３３ａ３３ｂの間の貫通孔３１内部にその端
部を位置する前記突出部５７ｂに装着されている。

このように取着されたベローズ６５は、その内外面を夫
々前記媒体４３ａ、４３ｂに接液し、その媒体４３ａ
。

４３ｂ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６５により、前記貫通孔３１は、前
記導入孔３２ａ、３３ａと３２ｂ。

３３ｂと間で区分されている。

また、前記導入孔３２ａ、３２ｂは前記素子３７によ
り遮断され、前記導入孔３３ａ、３３ｂは前記補助弾
性体３８で遮断されている。

この補助弾性体３８は、前記開口部３５内に前記ベロー
ズ６５の伸縮方向と垂直方向に伸縮するようにして収納
され、その内外面は前記媒体４３ａ。

４３ｂに夫々接液されている。

、すなわち、この内面には導入孔３３ｂから前記媒体４
３ｂが、また外面には導入孔３３ａから前記媒体４３ａ
が夫々接液している。

さらに、この弾性体３Ｂは、その一端が本体ケース３０
に固着され、他端が前記媒体４３ａｔ４３ｂに
遊動可能に配置されている。

また、前記ダイアフラム４０ａ、４０ｂは、前記フラ
ンジ４５ａ、４５ｂ内に突出し、しかも小径とした本
体ケース３０の部分に例えば溶接されている。

さて、このように連成した装置に、今検出範囲内の圧力
Ｐａ、Ｐｂが夫々受圧フランジ４５ａ。

４５ｂの孔４４ａ、４４ｂから印加されると、夫夫の
圧力Ｐａ、Ｐｂに応じて前記ダイアフラム４０ａ、
４０ｂが変位し、圧力伝達媒体４３ａ、４３ｂが移
動する。

この媒体４３ａ、４３ｂの移動により前記感圧素子３
７の両面において（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、その出力が種々の制御系に供給されて差圧とし
て検出される。

尚、媒体４３ａ、４３ｂの移動により、ベローズ６５
も伸縮し、支軸５３及び弁５４ａ、５４ｂが移動する
が、印加された圧力が検出範囲内である為、その移動量
は間隔ｌに達つせず媒体４３ａ、４３ｂを閉止するこ
とはない。

ところで、前記感圧素子３７の弾性限界を越える圧力が
印加されると以下説明するように前記過圧防止機構３６
が働き、素子３７を保護する。

例えば、被検出圧力（Ｐａ、：＞Ｐｂ）とし、圧力Ｐａ
が素子３７の弾性限界を越える圧力とする。

すなわな、圧力Ｐａが供給されると、これに応じてダイ
アフラム４０ａ、圧力伝達媒体４３ａを介してベローズ
６５が図中左方向に移動する。

これにともない前記支軸５３、調節弁５４ａが左方向に
移動し、その弁５４ａのＱＩＪソング６ａが前記突出
部５７ａに密接する。

これにより、前記ベローズ６５及び支軸５３等の動きが
停止するとともに前記圧力媒体４３ａ、がダイアフラム
４０ａと弁５４ａとの間及び弁５４ａ、素子３７、ベロ
ーズ６５と補助弾性体３８との間に夫々封止される。

したがって、媒体４３ａの移動は停止され、それ以上の
過圧が素子３７へ供給されることはなくなる。

言うなれば、この実施例では、前記弁５４ａと突出部５
７ａとの間隔ｌの媒体４３ａの移動量、逆にＰａ＜Ｐｂ
の場合は前記弁５４ｂと突出部５７ｂとの間隔ｌの媒体
４３ｂの移動量すなわちその差圧外だけ発生することに
なる。

さて、この状態で、温度変化があったり、ＱＩＪソン
グ６ａが変形したりすると媒体４３ａ、４３ｂの容
積変化が生じようとするが、その容積変化は前記補助弾
性体３８で吸収される。

すなわち、その容積変化により支軸５３及びベローズ６
５等がさらに移動するが、その移動により生じた圧力は
同時に前記補助弾性体３８にも供給される為、必然的に
両媒体４３ａ、４３ｂはバランスされる。

したがって、従来のように素子３７にさらに過圧が印加
されるなどのことはなくなり、信来性の高い過圧防止効
果を生じる。

また、本体ケース３０を円形に形成し、特に素子３７を
開口部３４内に収納し、過圧防止機構３６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４３ａ。

４３ｂ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４３ａ。

４３ｂの量を調整できる。

さらに媒体４３ａ。４３ｂ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、ダイアフラム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アフ
ラム４０ａ、４０ｂの取付後に素子３７を本体ケース
３０に設置することが可能となる為、素子３７を極めて
条件の良い状態で設置できる。

つまり、過圧防止機構３６の調整工程及びダイアフラム
４０ａ、４０ｂの溶接工程とは別個の工程により素子
３７を設置することが可能となる。

また、素子３７を同様の線膨張率を有する保持ディスク
４６及び応力吸収体５０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３７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は
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
無くすことができる。

また、ダイアフラム４０ａ、４０ｂは、フランジ４５
ａ、４５ｂ内に突出し、しかも小径とした本体ケース３
０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４５ａ、４５ｂの孔４４
ａ、４４ｂの標準的間隔５４冨す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
を少なくできる。

さらに調節弁５４ａ、５４ｂと支軸５３とを螺合させ
て構成したので、０１Ｊング５６ａ、５６ｂと突出部
５７ａ、５７ｂとの間隔ｌは、支軸５３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６５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、ｓｓｂ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
ｌを調節するときに、弁５４ａ。

５４ｂとばね体ｓ８ａ、ｓｓｂとを一体にしたたまま調
節が可能となり、調節操作が容易となる。

尚、ばね体ｓ８ａ、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、側
ら形状にこだわるものではない。

このＭ字状のばね体５８ｂ′を挾持する為にナツト６０
ｂの外にナツト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４３ｂ内にダンピング用の絞りを設
けたものである。

６６は、突出部５７ｂに取着されたガスケットで、この
ガスケット６６は弁５４ｂに密着して媒体４３ｂの流通
を阻止するものである。

６７は、ダイアフラム４０ｂ側の媒体４３ｂとベローズ
６５側の媒体４３ｂ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
の径より僅かに構成されている。

６９は、ガスケット、７０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、シャフト６８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４３ｂ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３７のフルケース圧力に対する媒体
４３ｂ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、ダイビング効果は、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
は殆どなくなってしまう。

しかし、本構造はベローズ６５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はに比例するから分子一定としてＴ■Ｃ／断面積となる。

したがって、容量変化Ｃが少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
かしくなるが、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６８の設置個所は、特に限定するものでは
なく、また両媒体４３ａ、４３ｂ内に設けても良い。

本考案は、過圧防止機構で移動を阻止された媒体の微動
を吸収する補助弾性体を設けて構成したので、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補助弾
性体がその変化を吸収し、感圧素子に過圧が印加させら
れることがなくなり、したがって、十分高い精度で過圧
を防止し、また静圧時の温度誤差も防止することができ
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図は本考案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図及び第６図は、夫々他の実施例を説明す
る為の一部分解斜視図及び一部切欠断面図である。図中３０は本体ケース、３１は貫通孔、３４は上部開口
部、３５は下部開口部、３６は過圧防止機構、３７は感
圧素子、３８は補助弾性体、４０ａ、４０ｂはダイアフ
ラム、４３ａ、４３ｂは圧力伝達媒体、４５ａ、４
５ｂは受圧フランジ、６５はベローズ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

（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、この素子とにより前記
本体ケース内を分割し、被検出圧力に応動する弾性体と
、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アフラムで封止された圧力伝達
媒体と、これらの圧力伝達媒体内に各媒体をダイアフラ
ム側と素子側とに分離可能に夫々配置された１対の調節
弁を有するとともにこれら調節弁を前記弾性体に応動可
能に一体に構成し、前記弾性体に応動して検出範囲以上
の圧力が印加された媒体をダイア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前記弾性体の
移動をも停止させろ過圧防止機構とからなり、両媒体の
過圧防止機構により分離される素子側媒体の夫々に接液
し、前記過圧防止機構により移動を阻止された媒体の微
動を防止する補助弾性体を具備したことを特徴とする差
圧検出装置。
（２）感圧素子が過圧防止機構の移動方向に平行配置さ
れたことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第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実用新案登録請求の範
囲第１項記載の差圧検出装置。
（４）ダイアフラムが本体ケースの過圧防止機構の稼動
方向に突出した部分に取付られたことを特徴とする実用
新案登録請求の範囲第１項記載の差圧検出装置。
（５）本体ケースが少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実用新案登録請求
の範囲第１項記載の差圧検出装置。