JPS5956140A - 差圧発信器 - 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】 本発明はプロセス変量である２点間の圧力差を測定する
差圧発信器に関するものである。

例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、その上流側と下流
側との圧力差を測定して所定の演算式に基づき流量を算
定することが行なわれている。

この種の圧力差測定に用いられる差圧発信器は、高圧側
と低圧側との受圧ダイヤフラムに各測定圧力を与え、こ
の圧力による内封液の移動を、封入回路を仕切って設け
た半導体センサの歪により電気的出力として取出すよう
に構成されている。

ところが、この種の差圧発信器においては、プロセスの
測定仕様に応じた適切な寸法１強度、材料力どを備えた
受圧ダイヤプラムが選定されて用いられたとしても、時
には過大圧力を受けることがあり、との過圧が半導体セ
ンサに及んでこれを損傷させることにより爾存の測定を
不可能にすることがある。そこで従来この過大圧力から
センサを保護する各種の装置が提案“されて差圧発信器
に付設されている。

俯１図はこの秤の過大圧力保護装置を備えた従来の差圧
発信器の断面図であって、これを同図に基いて訝明する
と、半割状のボデづ１の両側には、波板円板状に形成さ
れた高圧側のパリアダ１ヤ７ラム２と、低圧側のバリア
ダイヤフラム３とが装着されており、これらのバリアダ
イヤフラム２゜３には、ボディ１にボルト締めされた両
側のカッ（−４とボディ１との間の孔５，６から流入す
る流体によって高圧と低圧とがそれぞれ印加されている
。一方、ボディ１上方のセンサカプセル７内のセンサ室
には、図示しない端子と接続された半導体センサ８が、
基板９に保持されて配設されており、とのセンサ８の下
側である高圧側と上側である低圧側とからは、液通路１
０および１１がボディ１に向って延設されている。符号
１２で示すものは波形円板状に形成されたセンタダイヤ
フラムであって、半割状ボディ１の中央接合部に設けた
内室を高圧側内室１３と低圧側内室１４とに画成するよ
うにボデー１に固定されており、前記各液通路１０．１
１は内室１３，１４にそれぞれ開口されている。また、
前記各バリアダイヤフラム２゜３とボディ１との間に形
成されたすき間と内室１３゜１４とは、液通路１５．１
６によってそれぞれ連通されている。そして、バリアダ
イヤフラム２゜３とボディ１との間のすき間から液通路
１５，１６、内室１３，１４および液通路１０．１１を
経てセンサ８の高圧側と低圧側とに至る間には、シリコ
ンオイル等の内封液１７が封入されている。

以上のように構成された差圧発信器において、バリアダ
イヤフラム２，３にプロセスからの高圧と低圧とがそれ
ぞれ印加されると、バリアダイヤフラム２，３が凹んで
その圧縮分だけ内封液１７が移動し、両側の圧力差によ
る内月液１γの移動量の差をセンサ８が検出してこれを
電気信号として発信することによシ差圧が測定される。

この場合センタダイヤフラム１２Ｆｉ両側の圧力差によ
って変形するか内室１３，１４の壁面には着座しないし
、また、バリアダイヤフラム２，３も正常な差圧測定中
はボディ１に着座しない。そして例えげ高圧側に過大圧
力が作用すると、高圧側のバリアダイヤフラム２が大き
く変形してボディ１へ全面的に着座するので、高圧側の
圧力が内部に伝達されなくなる。すなわち、バリアダイ
ヤフラム２が着座することによって過大圧方探−の働き
をする。

しかしながら、従来の過大圧力保護装置を備えた差圧発
信器においては、過大圧力が作用し々い平常の測定圧力
範囲下でも内封液１１がセンサ８方向だけでなくセンタ
ダイヤフラム１２を変位させる方向へも移動し、バリア
ダイヤフラム２，３に対する圧力がそのま＼センサに伝
達されないので、伝達効率が低く応答性が悪いはかりで
なく、センタダイヤフラム１２の反復変位によるヒステ
リシスが大きくて測定精度が低下するという欠点があっ
た。また、この釉の差圧発信器においては、−５０℃か
ら１２０℃に及ぶ環境温度の変化に対応させかつ製造精
度やはね常数のばらつきを考直して測定レンジの上限値
に対しセンサの破壊強度を５倍程度に設定しているが、
測定レンジを大きくし測定精度を高くするためには、上
記比率を小さくして測定レンジの上限値をセンサの破壊
強度に近づけることが望ましい。

本発明は以上の、ような点に鑑みなされたもので、ボデ
ィ内室をセンタダイヤフラムで仕切って形成した２室の
うちの１室内に、互に所定間隔を越えないように係止さ
れセンタダイヤフラムに対し［退自在な１対の移動板を
設けてこれら移動板間に雨林動板間が所定間隔と々るよ
うに弾発する社ね部材を介装し、外側の移動板とボディ
内壁との間には雨林動板の遊動を規制するがた増多用ば
ね部材を介装することにより、平時の測定圧力下ではセ
ンタダイヤプラムと移動板を静止させ過大圧力発生時に
は受圧ダイヤフラムを着座させるように構成して圧力伝
達効率と応答性ならびに測定精度の向上をｉｌるととも
に、加工誤差を吸収することを可能にして加工を容易に
した差圧発信器を提供するものである。

第２図は不発ＢＡＫ係る差圧発信器の実施例の断面図で
ある。図において差圧発信器２１のボディ２２は、厚さ
方向中央部に達する円形凹部を備えた低圧側のバックプ
レート２２ａと、その凹部に嵌合されて浴着された高圧
側のバックプレート２２ｂとで一体的に形成されており
、各バックプレート２２ａｅ２２ｂの側部受圧凹陥面に
は、波形円板状に形成された低圧側のバリアダイヤフラ
ム２３と高圧側のバリアダイヤフラム２４とが、これら
と同形状の受圧底面との間にすき間２５．２６を残し周
縁部をボディ２２側に固定されて配設されている。さら
にボディ２２の両側受圧面には、カバー２７．２８が接
合されており、バリアダイヤフラム２３，２４には、カ
バー２７．２８の孔から流入する流体の低圧と高圧とが
それぞれ印加されている。バックプレー）　２２ａ、２
２ｂの中心部には、バイパス２９が両側のすき間２５．
２６を連結して穿設されており、このバイパス２９上で
ある両側のバックプレー）２２ａｙ２２ｂ間には、ボデ
ィ内室３０が大部分を高圧のバックプレー）２２ａ側に
位置させ一部を低圧のバックプレー）２２ｂ側に位置さ
せて設けられている。

符号３１で示すものは断面波形の環状に形成されたセン
タダイヤフラムであって外周ｂ］定端をバックプレート
２２ｂ側に固定されておシ、その内周町励端には円板状
に形成された面積板３２の外周部が固定さｎている。そ
してボディ内室３０内には、センタダイヤフラム３１と
面積板３２とによシ低圧側の内室と高圧側の内室とが隔
成されている。面積板３２の中心部には、連結棒３３ｔ
５高圧側の内室へ向って一体的に突設されており、セン
タダイヤフラム３１と面積板３２とで隔成された高圧側
の内室内には、大径の移動板３４と小径の移動板３５と
が、連結棒３３に遊装されて面積板３２に対する遠近方
向へ進退自在に設けられている。３６け移動板３４の外
力への移動を規制するストッパであって、連結棒３３の
先端ねじ部に螺合されておシ、バックグレート２２ｂの
凹孔に係入されている。両方の移動板３４と３５との間
には、低い頭裁円錐形に形成された皿はね３７が介装さ
れており、また、バックプレート２２ｂの凹孔に係入さ
れた移動板３５と凹孔底面との間には、同じく低い頭裁
円錐形に形成された皿ばね３８が介装されている。この
うち皿ばね３７はその弾発力によって移動板３４，３５
がストッパ３６て設定された所定の間隔を保持するよう
にこれらを面積板３２とストッパ３６とに圧接させてお
シ、また皿ばね３８は移動板３５をバックプレート２２
ｂの内孔底面に対して弾発し、加工誤差等で移動板３５
が軸方向へ遊動し々いように規制するがた取シの役目を
している。すなわち移動板３４はバックプレー）２２ｍ
の段部２２ｅに対接しておシ、移動板３３とバックプレ
ート２２ｂの凹孔底面２２ｄ　との間にはがたとしての
微小間隙が形成されている。

前記すき間２５，２６、バイパス２９およびボディ内室
３０には、液注入口３９．４０から注入されたシリコン
オイル等の内封液４１が封入されており、移動板３４，
３５には、この内封液４１の連通手段としての連通孔４
２．４３が穿設されている。また、移動板３４の面積板
３２側の側面には、中心部から十字状をなして放射方向
へ延びる液通路４４が設けられておシ、内封液４１を流
通させて面積板３２と移動板３４とのＭ間を促進するよ
うに構成されている。さらにボディ２２の上部に接合さ
れたセンサカプセル４５内には、第２図には図示しない
が第１図に示したセンサ８が外周部を基板９上に接合さ
せて載置固定されておわ、センサ８の高圧側と低圧側と
は、液通路４６゜４７によって高圧側の内室と低圧側の
内室とに連通されてｂる。

以上のように構成された差圧発信器の動作を第２図およ
び第１図の一部を用いて説明する。バリアダイヤフラム
２３，２４にプロセスからの高圧と低圧とがそれぞれ印
加されると、バリアダイヤフラム２３，２４が凹んでそ
の圧縮分だけ内封液４１が移動し、それぞれの圧力がセ
ンサ８の高圧［１と低圧側とに印加される。センサ８け
両側の圧力差を検出し、これを電気信号として発信する
ことにより差圧が測定される。

そして、プロセスからの圧力は、高圧側のバリアダイヤ
フラＬ２４に印加される圧力が、低圧側のバリアダイヤ
フラム２３に印加される圧力よシも高い場合かはとんど
であって先ずこの場合について説明する。いま高圧側の
圧力をｐｕｓ低圧側の圧力をＰ！とすると、ｐ、＞ｐ、
であるから、面積板３２の高圧側には、内封液４１を介
して差圧ΔＰ””Ｐｔ−Ｐｇが作用し、この差圧ΔＰに
比例した力で面積板３０が移動板３４から離れようとす
る。しかしながら移動板３４が段部２２ｃＫ着座してい
ることと、移動板３５と面積板３２とが連結棒３３で連
結されていることとによシ、面積板３０が移動板３４か
ら離れるためには皿ばね３１を圧縮しなければならない
ので、面積板３２に作用する差圧ΔＰが皿ばね３７のば
ね圧よシも小さい間は、面積板３２が移動板３４から離
れることができない。したがってこの間、内封液４１は
センサ方向へのみ移動し、センサ８へは差圧ΔＰに正し
く比例した圧力が伝達される。そして差圧ΔＰが皿ばね
３１のばね圧よシも大きくなると、移動板３５で皿ばね
３７を圧縮させながら面積板３２とセンタダイヤフラム
３１とが移動し始め、内封液４１が移動板３４と面積板
３２との間へ移動する。

高圧側のバリアダイヤフラム２４への圧力か、センサを
破壊させる手前の過大圧力になると、バリアダイヤフラ
ム２４がバックプレート２２ｂの受圧面に着座し、内封
液４１の移動が停止してそれ以上の圧力がセンサ８に伝
達されない。すなわち過大圧力はセンタダイヤフラム３
１によって吸収されることになる。

次にＰｇ＞Ｐ＋の場合について訃明する。差圧ΔＰ−Ｐ
！−Ｐ、が面積板３２の低圧側に作用すると、面積板３
２が差圧ΔＰに比例する力で移動板３４を高圧側へ移動
させようとするが、この力が皿ばね３８のばね圧よりも
小さい間は面積板３２と移動板３４とが移動しない。移
動板３４を押す力が皿ばね３８のばね圧よりも大きくな
ると、皿ばね３８が圧縮されて面積板３２と移動板３４
．３５とが高圧側へ移動するが、皿ばね３８のはね定数
ががた取り用として弱く設定されていることによシ、差
圧ΔＰがあ援如変化しない間に移動板３５が凹孔底面２
２ｂに着座して面積板３２が再び移動しなくなる。さら
に移動板３４を押す力が大きくなって皿はね３１のげね
圧よシも大きくなると、移動板３４け皿ばね３７を圧縮
させｆｒから再び高圧側へ移動し、低圧側のバリアダイ
ヤフラム２３への圧力が所足圧以上の過大圧力になると
、バリアダイヤフラム２３がバックプレート２２ａの受
圧面に看座し、内刺液４１の移動が停止してそれ以上の
圧力がセンサ８に伝達されない。すなわち過大圧力はセ
ンタダイヤフラム３１によって吸収されたことになる。

なお、内封液４１の移即１に際しては、連通孔４２．４
３を設けたことにより移動が円滑に行なわれるし、また
十字状の液通路４４を設けたことによシ、内封液４１が
速かに流入し、面積板３２と移動板３４との離間が促進
される。

なお、前記実施例では面積板３２の移動板３４からの離
間を促進させる内封液４１の流通手段として十字状の液
通路４４を設けた例を示したが、移動板３２の側面に、
例えば星打ち加工と呼ばれるポンチ式の突起加工によシ
多数の突起を設けるなどの塑性加工を施して面積板３２
と移動＆３４とを隔離させ液通路を形成させるようにす
れば、加工が答易になシ、加工費を削減することができ
る。

また、前記実施例では、移動板３４．３５に股・ける内
封液４１の連通手段として連通孔４２．４３を設けた例
を示したが、移動板３４．３５を、通気性のある多孔質
の焼結金属や気泡状の金属またはセラミックなどの材料
で形成してもよく、これによって孔加工や曲面加工など
の必要が々くなっ　−て加工費を大幅に削減することか
できるとともに、同封液４１の流通が円滑になり、過大
圧カ保霞装置の連応性を向上させることができる。

以上の説明により明らかなように、不発明によれば差圧
発信器において、ボティ内室ケセンタダイヤフラムで仕
切って形成した２室のうちの１案内に互に所定間隔を越
えないように係止されセンタダイヤフラムに対し進退自
在な１対のＳ＃板を設けてこれら移動板／ＲＪに雨林動
板間がｔ’Ｊｔ定の間隔となるように弾兄するばね部材
を介装し、外側の移動板とボディ内壁との間に雨林動板
の遊動を規制するがた取り用はね部材を介装することに
より過大圧力発庄時には受圧ダイヤフラムが着座して内
封液の移動が停止し、センサを過大圧力から保線するこ
とができることはもとより、平時の測定圧力下では高圧
側、低圧側いずれの方向からの圧力が大きくてもこれが
ばね部材の弾発力以丁の場合には移動板およびセンタダ
イヤプラムが静止していて内封液がセンサ方向以外へ移
動せず、受圧ダイヤフラムが着座する直前にわずかに移
動するだけであるから、平時には差圧がそのま＼センサ
に伝達され、従来に比べて伝達効率が著しく向上すると
ともに、センタダイヤフラムの静止によりヒステリシス
を少なくすることができる。また、センサ方向以外への
内封液の移動がないので、応答性がきわめて良好であっ
て測定精度が向上するとともに、測定レンジの上限値を
センサの破壊強度に近づけることができるので、測定レ
ンジを拡大することができ、センサの伝達効率の高い測
定レンジを使用できることによシ、測冗精度および計器
の性能が大幅に向上する。さらに簡単な構成によシボデ
ィ、移動板等の加工誤差を吸収することができるので、
加工が容易になシ加工費を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

泥１図は過大圧力保護装置を倫λた従来の差圧発信器の
断面図、第２図は本発明に係る差圧発信器の実施例の断
面図である。 ２１・・・・差圧発信器、２２・・・・ボディ、２３．
２４・・・・バリアダイヤフラー１−１２５　ｔ２６・
・・・すき間、２９・・・・ノくイ・くス、３０・・・
・ボディ内室、３１・・・争センタダイヤフラム、３４
．３５・・・・移動板、３６・・・争ストッパ、３７，
３８・・・・皿ばね、４１・・・・内４ｇ液、４２．４
３・・・・連通孔、４６゜４７・・・・液通路。 特許出願人　　山武ノ蔦ネウエル株式会社代理人　山川
政樹（ほか１名） 第１因 第２図 １υ０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ボディ両側の各受圧ダイヤフラムとボディとの間
   のすき間を中心部で連結するバイパス上例形成されたボ
   ディ内室と、センサの高圧側、低圧側との間を液通路で
   それぞれ連結された２室を前記ボディ内室内に隔成する
   センタダイヤフラムと、内封液の連通手段を備え互に所
   定間隔を越えないように係止されて前記２室のうちの一
   方の室内に前記センタダイヤフラムに対する遠近方向へ
   進退自在に支持された一対の移動板と、これら両方の移
   動板間に介挿され雨林動板間が前記所定間隔となるよう
   に弾発するばね部材と、前記センタダイヤフラムに対し
   遠い方の前記移動板とボディ内壁との間に設けた間隙に
   介挿され雨林動板の遊動を規制するがた増如用ばね部材
   とを設けたことを特徴とする差圧発信器。
2. （２）移動板に設ける内封液の連通手段として仁の移動
   板を通液性材料で形成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の差圧発信器。