JPS5958333A - 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１７、その上流側と下
流ｐｉとの圧力差を測定して所定の演算式に基づき流ｈ
；を２１．定することが行なわれている。

この］１トの圧力Ｘ；測定に用いられる差圧発信器ｔ」
２、高圧１０１１と低１．Ｅ　１ｕ１１との受圧ダイヤ
フラムに各６（す定圧力を力え、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上ン′す”
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にＬ１プロセス
の測定仕様に応じた適切な寸法９強度、利料などを備え
た受圧ダイヤフラノ、がｉ起重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、この過圧が半
導体センサに及んでこれを（ｉ′１傷させることにより
爾後の測定イｌ二不可能にすることがある０、そこで従
来とのｊｌＡ大圧力からセンサを保護する各種の装置が
提案されてダ仁圧発信器に付設されている。

第１図はこの神の過大圧力任ｌｉ７！’ｌ装間をｆｌｆ
ｔえた従来の差圧発信器の断面図であって、これを同図
に基いて説明すると、半割状のボディ１の両側には、波
帯円板状に形成された高圧側のバリアダイヤフラム２と
、低ＪＬ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Δれた両側Ｉのカバー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
そ゛れ印加されている。一方、ボディ１上方のセンツカ
プ七ルＩ内のセンサ室には、ａ＜Ｉ　７Ｊ＜　Ｌ、在い
端イと接枕された半導体センサ８が、基板９に保ナラさ
れて配設されており、このセンサ８のＶ−側である一″
、Ｊ圧（Ｑｌｌと上側である低圧１則とか１しは、液通
ｈＹｒ　１０才、・よ０・１１がボディ１に向つで延設
されている５、８号１２て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尚圧１則内室１３ど低圧（１
１ｊｌ内室１４どＫＴ１？Ｉ成するようにボデー１に固
定さノｌ′Ｃ：Ｊ−＝９、前記各液通路１０．１１は内
室１３，１４に−ｔ、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１５．１６
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１
５．１６、内室１３．１４および液通路１０゜１１を経
てセンサ８の高圧（ｎｉｌと低圧側とに至る間には、シ
リコンオイル等の内封液１７が刺入されている。

以上のように構成された差用尤（Ｆ：　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、ノ：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
力差による内封液１７の移動用−の差をセンサ８が検出
してこれを１１丁、気１３号として発信することにより
差圧が測定される。この場合センタダイヤフラム１２は
両側のＩＩニカ差によって変形するが内室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３．そし
て例えば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
ス′げ１警するので、高圧１！１の圧力が内部に伝達さ
れなくなる１、すなわち、バリアダイヤフラム２がス′
１月４づ〜ることにｊ：つて・１．′♂大月力保泗の働
きをする。

しかし）−がＣ−）、従来のり１４大）Ｉ０力保ｉ蔓装
置１９を備えた差Ｌ１発信器に１．・いてＩＩＪｌ、過
大ＪＪ−力が作用しない平常のｉｌｉ！Ｉ定圧力範囲下
でも内封ρ１７がセンサ８方向だけで乃：（−＋＝ンタ
グイヤフラム１２を変位さぜる方向へも（；ン動し、バ
リアダイヤフラム２，３に対１Ｚ］月力がｔの捷＼セン
サに伝梓されないので、伝（・に効率が低く旧名性が悪
いばかりでなく、センタダイヤフラノ・１２０反徐変も
ンによるヒステリシスが大きくてＮｌ！Ｉ定精度が低下
するという欠点があった１、弐戸、この秒の差用発イ言
器においては＝５０℃かＩ’）１２０℃　に及ぶ環境温
度の変化に対応させかつ製ｊｚ精度やげね常数のばらつ
きを考慮して１ｌｌ１１定レンジの上限値に対しセンサ
の破壊強度を５倍１°ｊ！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ｔよ、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６、 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尾内に互に所定間隔を越えないように係止されて
、センタダイヤフラムに対し進退自在な１対の移動板を
設けてこれら移動板間にばね部材を介装テることにより
、平時の測定圧力下ではセンタダイヤスラムと移動板と
を静止させ、過大圧力発生時には受圧ダイヤフラムを着
座さぜるように構成して圧力伝達効率と応答性ならびに
測定精度の向上を計るとともに、ばね部材の弾発力を調
節自任に構成することにより過大圧力保護の作動圧力を
高精度で正確に得ることを可能にした差圧発信器を提供
するものである。以下、本発明の実施例を図面に基いて
詳細に説明する。

第２図れＬ本発明に係る差圧発信器の実施例の断面図で
ある。図において、差圧発イ１−￥Ｒ沫２１のボディ２
２は、厚さ方向中央部に達する円形四部を備えた低圧側
のバックプレー）　２２ａ　と、その四部にＩＤ（合さ
れて溶着された高圧側のバックプレート２２ｂ　　とで
一体重に形成さ才１ており、各バックプレート２２ａ、
２２ｂの側部受圧凹陥部には、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と高圧側のパリアダイ
ーヤフラム２４とが、これらと同形状の受用底面との間
に１″き間２５．２６を残し周縁部をボディ２２１１１
１１’に固定されて配設されている。第２図では図示を
省略したがボディ２２の両側受圧面にｄ１第１図に示し
たものと同じようなカバーが１と合さ！１ており、バリ
アダイヤフラム２３．２４には、カバ〜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、　２２１）の中心部には、バイパ
ス２７が両側の・！き間２５．２６を連結しで才設され
ており、このバイパス２７．上である両（１１１１のバ
ックプレート２２ａ、２２ｂ　間に＆；Ｌ　、ボディ内
室２８が大部分を高圧のバツクプｌ／−ト２２ｂ　　側
に位置させ一部を低圧のバックブレート２２久　側に位
置させて設けられている。

符号２９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固定端をバンクプレー）２
２１）側に固定されており、その内周可動端には、円板
状に形成された面積＆３０の外周部が固定されでいる。

そしてボディ内室２８内には、センタダイヤフラノ、２
９と面積板３０とで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３０の中心部にｔよ、連結棒３１
が高圧１１すの内室へ向けて一体的に突設されておυ、
センタダイヤフラム２９と面積板３０とで隔成された高
圧側の内室内には、大径の移動板３２と小径の移ｎ工υ
板３３とが、連結棒３１に遊装さノじＣ面積板３０に対
する遠近方向へ進退自在に設けられている。３４け移動
板３２の外方への＠　１ｌｉｌ）を規制するストッパで
あって、連結棒３１の先ＷｊＡねじ部に螺合されてｉす
、バックプレート２２ｂ　の凹孔に係入されている。両
方の移動板３２と３３の間には、低い頭裁円錐形に形成
された皿ばね３５が介装されており、この皿はね３５の
弾発力により移動板３２と移動板３３とはそれぞれバッ
クプレート２２ａ　　の段部２２ｃ　　とバックプレー
ト２２ｂ　の凹孔底面２２ｄ　　とに圧接されている。

また、移動板３２の低圧側側面は、センタダイヤフラム
２９および面積板３０の側面と同形状に形成されてこれ
らに対接されている。。

そして、すき間２５．２６、バイパス２７．およびボデ
ィ内室２８内には、液注入口３６　、３７から注入され
たシリコンオイル等の内封液３８が封入されており、前
記移動板３２．３３には、この内封液３８の連通手段と
しての連通孔３９，４０が穿設されている。１だ、移動
板３２の面積板３０側対向面には、中心部から放射方向
へ十字状に延びる液通路４１が設けられており、液通路
３９゜４０から移動板３２と面積板３０との間へ移動す
る内封液３Ｂの流通をよくして移動板３２からの面積板
３０の離間を促進させるように構成されている。さらに
第２図には図示しないが１．ボディ２２の上部には、第
１図に符号Ｔで示したセンサカプセルが接合されており
、その内部に設けられて第１図に符号８で示すセンサの
高圧側と低圧側とけ、液通路４２．４３によって高圧側
内室および低圧側内室と連通されている。

以−Ｊ二のように構成された差圧光（ｇ器の動作を第２
図および第１図の一部とを用いで説明１−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３８が移動し、それぞれ
の圧力がセンサ８の高圧側と低圧側とに印加される。セ
ンサ８は両側の圧力差を検出しこれを電気信号として発
イＲ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
フラム２４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りも高い場合がほとんど
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Ｐｉｓ低圧側の圧力をＰ２とすると、ＰＩ＞Ｐ２
であるから面積板３０の高圧側には内封液３８を介して
差圧△Ｐ＝Ｐｔ　　ｌ’ｌが作用し、この差圧△Ｐに比
例した力で面積板３０が移動板３２がら離れようとする
。しかしながら連結ｎ３１で面積板３ｏと一体化された
移動板３３が、段部２２ｃＩＩＣ対接する移動板３２，
１−の間の皿ばね３５の弾発力により凹孔底面２２　ｄ
　１Ｉｌｌ　ヘＪｆ−ｊ３−Ｊれテいルノテ、面υ（板
３゜に作用する）６圧へｌ）が皿ばね３５の弾発力より
も小さい間（」而−績イ）ｊ３０および１＝ンタダイヤ
フラム２９が移ｌ１ｚ１４１＜ない。したが−：＞Ｃｃ
、ＣＤ間、内封液３８はセンサ方向−＼のみ移σ）カシ
ア、センサへは差圧７３Ｐに正しく比例［−７ｈ圧力が
伝達される。そし７て、差圧、・λＰが冊ばね３５の什
発よりも大きくなると、移動板３３で皿ばね３５を圧縮
させなから面積板３０とセンタダイヤフラム２９とが移
動し始め、内封液３８が移動板３２と面、債板３ｏとの
間で移動する。高圧側のバリアダイヤフラム２４への圧
力が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の受圧部に
着座し、内封液３８の移動が停止してそれ以上の圧力が
センサ８に伝達さＪｌない。すなわち過大圧力はセンタ
ダイヤフラム２９によって吸収されたことになる。なお
、内ｔ−Ｊ液３８の移動に際しては連通孔３９．４０を
設けたことにより移動が円滑に行なわれるし、寸だ十字
状の液通路４１を設けたことにより内封液３８が連かに
流入し、７ｆｉＪ積板３０と移動板３２との離間が促進
される。

次にＰ２＞ＰＩ　　の場合について説明する。差圧ハＰ
＝Ｐ２Ｐ＋　　が面積板３０の低圧側に作用すると、面
積板３０が差圧／・、Ｐに比例Ｊ−る力で移動板３２を
高圧側へ移ｊ７９させようとするが、この力が皿ばね３
５の９＋￥発力より小さい間は面Ｘｉ’を板３０および
移動板３２が移動１７ない。したがってこの間、内封液
３８はセンサ方向へのみ移動し、センサ８へは差圧へＰ
に正しく比例したＨ二カか伝達される。そして差圧△Ｐ
が皿ばね３５の弾発力よυも大きくなると、移動板３２
で皿にね３５を圧縮させながら面積板３０とセンタダイ
ヤフラム２９とが移動し始め、低圧側のバリアダイヤフ
ラム２３への圧力が所定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１・２２＊　　の
受圧部に着座し、内封液３８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２９によって吸収されることになる
。

次に皿ばね３５の弾発力をｉｌ、ζ１節司能に（７た差
圧発信器の実施例を図面に基いて説明する。第３Ｍはこ
の差圧発信器の断面図であって、この差圧発信器２１Ａ
は次の点が第２図に示す差圧発イ＾器２１と易なってい
る。Ｊ−なわち高月−七用のバンクブレート２２ｂ　の
外周と、低圧側のバックプレート２２３の凹陥部内周と
にはねじが切られてい−ここれらＣよ互に進退自在に螺
合されている。その他の構成および作用は前記実施例と
同じであり、同じ構成のものには同−勾号を付してその
説明を省略する。

このように構成することにより、組付は時にはストッパ
３４を回動進退させて皿ばね３５の弾発力を調節すると
ともに、この調節後、バックプレー）２２１）　を回動
進退させてバックプレート２２ｂト移動板３３とが軽く
接触するように調節する。すなわち皿ばね３５し１机側
けの段階でその弾発力を調節することができ、センーリ
゛の高圧側、低圧側の破壊強度に比例した弾発力を自由
に設定することができる。なお、バックプレー１・２２
１）を螺入し。

てばね圧が設定されたのちはバックプレート２２ａと２
２　ｂ　　とが溶着される。

なお、前記各実／ｌ＾例におイテｔ：ｊ、移１ｒｉｌＪ
板３２　、３３と皿ばね３５とを設けたために高庄１１
（すの内室が低圧側の内室よりも大きくなっており、両
窄内の液Ｉｔに差がある。したがって環境湯度の変化に
よってボディ２２と内封液３８とが回１１に膨張した斌
）合、金属とシリコンオイルとの膨張係数が大きく異な
ることと画室の液：ｌ゛が異なることとによりセンサに
伝達される差圧に影響する。そこで別の実施例として移
動板３２．３３をセラミックまたはアンバなど熱膨張率
の低い月利て形成すれば、高圧側内室内の内封液３８が
大きく膨張しても、移動板３２．３３の低膨張率によっ
てこれを相殺することができ、液量の少ない低圧側との
差をなくしてセンサへの差圧伝達鄭°に対する影響を１
９７消することかできる。

また、前記各実施例では、面積板３０を移動板３２から
離間させる内封液３８の連通手段とじて十字状の液通路
４１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形成加工により
多数の突起を設けるなどの塑性加工を施して面積板３０
と移動板３２とを隔１号（（させるようにすれば、加工
が容易になり、加工費全削減ブることかできる。

さらに前記各実施例では移動４Ｊ２３２，３３に設ける
内封液３８の連通手段として連通孔３９．４０を設けｆ
ｒ−例を示したが、移動板３２．３３を、通ス性のある
多孔Ｄ゛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
加工などの必要がなくなってカロニ費を大幅に削減する
ことができるとともに内封液の流通が円７１′）になり
、過大ＪＦ４力保討装置の連応性を向」二六せることか
できる。

Ｊ：Ｊ、−ｆ：の１ｉｌｌ’、明により明らかなように
、本発明によれば差Ｉ［−発信器において、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てセ
ンタダイヤフラムに対し８退自在な−・対の移動板を設
け、これら移動板間にばね部材を介装することにより、
過大圧力発生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、センサを過大圧ツノから採得すること
ができることｔよもとよシ、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下の場合には移動板およびセンタダ
イヤフ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
Ｈ：ｆｂするだけであるから、平時にｄ、差圧がその１
＼センリ°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
ア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ｎ１）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」二する
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
ことにより、測定精度および計器の性能が大幅に向」二
する１、さらにばね部材の弾発力を調節自在に構成する
ことにより、過大圧力保護装置べの動作点が高精度で正
確に得られ、センサに対する過大圧力保護装置が著しく
向上１“る。

【図面の簡単な説明】

第１図は過大圧力保護装置を備え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、第３図は、Ｉｊ］ね部材の弾発力を調節自在にし
た本発明に係る差圧発イａ器の実施例の断面図である６
゜ ２１・・・・差圧発信器、２２・・・・ボディ、２３．
２４・・・・バリアダイヤフラム、２５゜２６・・・・
すき間、２７・・・・バイパス、２８働・・・ボディ内
室、２９・・・・センタダイヤフラム、３２，３３・・
・・移動板、３４・ｅ・・ストッパ、３５・争・・冊ば
ね、３８・ｅ・・内封液、３９．４０・・・・連通孔、
４２゜４３・・・ψ液通路。 特許出願人　山武ハネウェル株式会社 代理人　山川政イｆｆ１Ｊ（ほか１名）第１図 ｑ 第２図 フ１ ６３７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｌｌｌデボ１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に形成されたボ
   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家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７ｆｙの連ｉｆｉ手段を備
   え互いに所定１ｉｉ）　１％’八を越えないように係止
   されて前記２室のうちの一方の堂内に前記センタダイヤ
   フラムに対する遠１）Ｊｊ、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装され両
   方の移ル１ノ板を前記センタタイヤフラ・ムの周縁部と
   ボディ内壁面とへそれぞれ圧１χさせるばね部層とを設
   けたことを特徴とする差圧発情器。 （２）移ｍ１１板をボディよりも熱膨張率の小さい利旧
   で形成したことを特徴とする特許 記載の差圧発信器。 （３）移動板に設ける内封液の連通手段としてこの移動
   板を１ｍ液性材料で形成したことを特徴とする特γ［請
   求のＩｌｌｊ’％囲第１項記載の差圧発信器。 （４１ポデイ両側の各受圧ダイヤフラムとボディと０間
   のすき間を中心部で連結するバイパス上に形成゛された
   ボディ内室と、センーリ゜の高圧側・低圧側との間を液
   通路でそれぞれ連結されだ２宰を前記ボディ内皐内に隔
   成するセンタダイヤフラムと、内封液の１中．通千１々
   を備え互に所定間隔を越えないように係止され゛Ｃ前記
   ２室のうちの一方の堂内に前記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＋ＩＩＩＩ板と
   、これら両方の移動板間に介挿され両方の移動板を前記
   センタダイヤフラムの拘縮ζｒｌ｛とボディ内壁面とへ
   それぞれ用例させるばね部層とを設けるとともに、前記
   両方の９動板間の間隔および前記センタダイヤフラム周
   縁部とボディ内壁面との間隔を調節自イＥに形Ｊｉ！４
   　シたことを特徴とする差圧光｛Ｆｊ器。 （５）移動板をボディよりも熱膨張率の小さい月利で形
   成したことを特徴とする特ａ′１粕求の範囲第４Ｊｎ記
   載の差圧発信器。 （６）移動板に設ける内封液の連通手段としてこの移動
   板を通液性拐料で形成したことを特徴とする特許請求の
   而）間第４項記載の差圧発情器。