JPS61239135A - 差圧伝送器 - Google Patents

差圧伝送器

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JPS61239135A
JPS61239135A JP8112385A JP8112385A JPS61239135A JP S61239135 A JPS61239135 A JP S61239135A JP 8112385 A JP8112385 A JP 8112385A JP 8112385 A JP8112385 A JP 8112385A JP S61239135 A JPS61239135 A JP S61239135A
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pressure
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differential pressure
transmitter
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洋二 竹内
Tokuji Saegusa
三枝 徳治
Haruo Hosomatsu
細松 春夫
Toshio Aga
阿賀 敏夫
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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    • GPHYSICS
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
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    • G01L13/00Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • GPHYSICS
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    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
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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】 イ、「発明の目的」 〔産業上の利用分野〕 本発明は、静水圧により抵抗値が変化する半導体材料を
用いて、過大圧力が加わっても破壊されることのない差
圧伝送器に関するものである。
〔従来の技術〕
第3図にオリフィスを使用した流量の一般的な計測手段
を示す。同図において、11はオリフィス、12はパイ
プ、13は液体、14は導圧管、15はバルブ、16は
差圧伝送器、11は差圧センサである。オリフィス11
を使用して、液体13の流量を計測する場合・は、オリ
フィス11の上流の圧力PHと下流の圧力PLを第3図
のような構成で差圧伝送器に導き、そこでPHとPLの
差圧を測定する。そして、(1)式の演算により流IQ
を求めることができる。
Q−K  JこPs−〒−1)mコ/H(1)Q:流量 に:定数 PH:上流側圧力 PL:下流側圧力 第3図のような従来の差圧伝送器の構成で問題となるの
は、差圧(PHPL)が小さくても、PH,PLが高圧
の場合、バルブ操作によっては、差圧伝送器16の差圧
センサ17に高圧が印加される場合があり得ることであ
る。例えば、PH−101bar rpL−100ba
rの場合、差圧は1  barであっても、バルブ操作
によっては、その100倍の100 barが差圧とし
て差圧伝送器16に印加されてしまい、その結果、破壊
されてしまうことがある。
そのようなことを防ぐため、従来では、過大圧保護機構
を設けるようにしている。
第4図は、過大圧保1!機構を設けた差圧伝送器の構成
例を示した図である。この第4図の構成では、過大差圧
(逆圧も含めて)が印加されると、同図に示すオーバー
ロード保護バルブ20が移動してボディ29に設けられ
た穴を塞ぐため、高圧側と低圧側が均等圧化し、シリコ
ンセンサ22が保護されるようになっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、第4図のような差圧伝送器は、過大圧保護機構
が複雑となり、特性誤差要因、コストアップ等で問題点
が多い。
本発明の目的は、同一種類の静水圧センサを2個用いて
、過大圧保護機構を特に設けずとも、過大圧による損傷
を受けない差圧伝送器を提供することである。
口、「発明の構成」 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、上記問題点を解決するために、仕切りにより
、その両側に低圧室と高圧室を形成したボディを備え、
この低圧室と高圧室に測定対象の流体の圧力を導き、こ
の低圧室内と高圧室内にそれぞれに静水圧に対応して抵
抗の変化特性を有する半導体材料からなる静圧センサを
配置する。そして、静圧センサの抵抗の変化を演算して
、低圧室と高圧室との差圧に対応した信号を得るように
したものである。
〔実施例〕
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明に係る差圧伝送器の要部構成例を示し
た図である。同図において、1,2はシールダイアフラ
ムである。3は低圧室、4は高圧室であり、どちらもそ
の内部にsl油等の非圧縮性流体が封入されている。5
は中央部に仕切りのある円柱状のボディであり、この仕
切りの両側に前記した低圧室3と高圧室4が形成される
。なお“、シールダイアフラム1,2はボディ5の両端
面に例えば溶接されている。6,7は静圧センサであり
、静水圧感度のある半導体材料で構成される。
この静圧センサ6.7は、それぞれ低圧室3と高圧室4
に設置される。8,9はハーメチックシール部であり、
静圧センサ6.7へ電気的に接続されたリード線6+ 
、7+をボディ5の外部に取出すためのものである。1
0は静圧センサ6.7の温度を検出する温度検出素子、
101はこの温度検出素子10における電気信号を取出
すリード線である。
第2図は第1図で示した各リード線6+ + 7++1
01が接続される電気回路であり、この回路の出力端子
から差圧に対応した信号を得ることができる。第2図に
おいて、Eは定電圧源、Uは増幅器である。R+ 、R
2は第1図で示した静圧センサ6.7の抵抗である。即
ち、静圧センサ6は抵抗R1であり、静圧センサ7は抵
抗R2で表わされる。もっとも、上記と逆にして、静圧
センサ6を抵抗R2とし、静圧センサ7は抵抗R1とし
ても本発明は成立する。Cは対数変換器、Dは除算器、
Fは加算器である。
抵抗R1は増幅器Uの反転入力端子に接続され、増幅器
の出力端子と反転入力端子の間には、抵抗R2が接続さ
れる。抵抗R+の他端と増幅器Uの非反転入力端子の間
に定電圧源Eが接続される。
増幅器Uの出力端子と非反転入力端子は対数変換器Cに
接続される。対数変換器Cの出力電圧e2と加算器Fの
出力電圧は直列に接続されて除算器りに導入される。ま
た、除算器りのもう一つの入力端子には、温度検出素子
10がらの信号が導入される。
以上のように構成された第1図の差圧伝送器と第2図の
電気回路とが組合された装置の動作を以下に説明する。
第1図、第2図に示した静圧センサを静水圧感度のある
半導体材料で構成するとし、この半導体を真性半導体と
仮定すると静圧センサ6.7〈第2図では抵抗R+ 、
R2>の導電率σ重、σ2は(2)、(3)式で表わさ
れる。
σ+−nL+  ・e ・(ue +tlp )   
 (2)σz=nLz see (μe+μp)   
 (3)ここで、eは電子素電荷 ueは電子易動度 μpは正孔易動度 (2)、(3)式中におけるnilとnL2はそれぞれ
半導体材料の真性キャリア濃度であり、次式で表わされ
る。
n t + −n o TT eXり (−」狙−) 
   (4)kT 」1− n=  2 −  no  TT eXp  (2に丁
  )        (S)ここで、nOは温度、バ
ンドエネルギーに関係しない物質定数 E o + * E G 2はバンドギャップエネルギ
ー半導体材料の静水圧力に対し、抵抗値、即ち、nff
1率が変化するのは、主としてバンドギャップエネルギ
ーEoが圧力によって変化するからである。静圧センサ
6.7の抵抗値R+ 、R2は、(6)。
(7)式で表わされる。
この静圧センサ6.7を第1図のようにシリコン油の中
に浸し、圧力PH,PLを与えると、抵抗値R+ 、R
2が変化する。これを第2図の増幅器Uで増幅すると、
増幅器Uの出力elは(8)式で表わされる。
e I−”’e g             (8)
R。
e、は定電圧源Eの電圧 第1図に示す低圧室3と高圧室4内の温度が一様であれ
ば、(8)式は、(6)及び(7)式を使用して(9)
式とu1換えることができる。
1B+ −61o−eXp(、KT (EG 2−Eo
 + ) )・・・(9) 以上のようにして、抵抗比(R2/R1)をとることで
、第1の温度の影響(T−丁)を消去した信号e、を得
ることができる。
elを対数変換器Cに通すと00式なる信号e2が得ら
れる。
e2−In I e+  l −へ+1しくEG2  Eol)     OΦなお、
In eo =A このe2信号に加算器Fから−Aの一定信号を加えると
、除算器りへ転送される信号は、工(Eo 2− Eo
 + )となる。この信号を温度KT 検出素子10からの温度信号(1/T)で除算すると、
(11)式で表わされる信号eouLが得られる。
eouL−01’(Eo2−Eol )     el
)即ち、高圧側と低圧側の静圧センサの出力に比例した
信号電圧を得ることができる。また、以上のように第2
の温度の影響も除算により容易に消去できる。
第5図と第6図にバンドギャップエネルギーEGの圧力
Pによる変化の一例を示す。第5図は黒燐の圧力による
抵抗の変化であり、第6図はInSbの圧力による抵抗
の変化である。なお、第5図でa軸、a軸の特性は、a
軸、a軸に平行な電極を形成した場合のものである。
さて、各種の材料における(+) 丁のデータを第7図
に示す。
ここで、圧力差による抵抗値の差異を簡単に説明する。
まず、次式が成立する。
姐 /R−よケ −「  −v/σ1v櫂ト 静圧センサとして黒燐を用いると、 ”jp” −−24X 10− ’ ev/ barK
 T −0,0245ev (at 300°K〉従っ
て、 tR 1[/ n= −0,05%、’bar・ 例えば、P
H−101bar 、 PL −100barの場合は
、抵抗の変化はΔR2/R2−−5,05%ΔR+ /
R+ −−5,00%となり、両者の差は、充分精度良
く検出できる値である。
第8図は、本発明の別の実施例を示す図である。
第8図が第1図と異なる点は、第1図ではシールダイア
フラムを有し、直接測定対象の流体が静圧センサに触れ
ないような構成としているが、第8図においては、シー
ルダイアフラムを除去し、直接測定対象の流体が静圧セ
ンサに触れるように構成している点である。
なお、以上では、温度検出素子10をパイプの仕切り部
に配置したが、静圧センサと一体化した構成にしても良
い。
また、第1図及び第8図の構成によれば、過大圧力PH
,PLが差圧伝送器に印加されても低圧室や高圧室は堅
固なボディ5の壁に囲まれているため、その内部に配置
された静圧センサ6.7には何等損傷を与えるような外
力は加わらない。従って、第1図、第8図の構成によれ
ば、特に過大圧保護機構を備えなくても良い。
ハ、「本発明の効果」 以上述べたように、本発明によれば、次の効果が得られ
る。
■ 過大圧保護機構を備えなくても良い差圧伝送器を実
現できる。
■ 差圧信号の他に静圧、温度信号が得られる。
更にマイクロプロセッサによる補正を行なえば、高精度
の差圧伝送器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る差圧伝送器の要部構成例を示した
図、 第2図は第1図で示した各リード線6 + + 
7 + 、10+が接続される電気回路図、第3図はオ
リフィスを使用した流量の一般的な計測手段を示す図、
 第4図は過大圧保護機構を設番ノだ差圧伝送器の構成
例を示した図、 第5図と第6図はバンドギャップエネ
ルギーEoの圧力Pによる変化の一例を示す図、 第7
図は各種の材料における(+) 、のデータを示す図、
 第8図は本発明の別の実施例を示す図である。 1.2・・・シールダイアフラム、3・・・低圧室、4
・・・高圧室、5・・・ボディ、6,7・・・静圧セン
サ、8゜9・・・ハーメチックシール部、10・・・温
度検出素子、61.7+、1oI・・・リード線、R+
、R2−抵抗、U・・・増幅器、C・・・対数変換器、
D・・・除算器、F・・・加算器。 区            ■ ΔR/R(’/、)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)測定対象の流体の圧力が導かれる低圧室と高圧室
    を有する手段と、 この低圧室内と高圧室内にそれぞれ配置され、静水圧に
    対応して抵抗が変化する特性を有する半導体材料からな
    る静圧センサと、 前記静圧センサの抵抗の変化を演算し、低圧室と高圧室
    との差圧に対応した信号を得る手段とを備えた差圧伝送
    器。
  2. (2)前記各静圧センサの温度を検出する温度検出素子
    を差圧伝送器に設け、これにより、温度変化による抵抗
    の変化を補正するようにした特許請求の範囲第1項記載
    の差圧伝送器。
JP8112385A 1985-04-16 1985-04-16 差圧伝送器 Granted JPS61239135A (ja)

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JPS61239135A true JPS61239135A (ja) 1986-10-24
JPH0556458B2 JPH0556458B2 (ja) 1993-08-19

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5461975A (en) * 1977-10-26 1979-05-18 Hitachi Ltd Detector of differential pressure, pressure and load
JPS54118887U (ja) * 1978-02-09 1979-08-20
JPS55112233U (ja) * 1979-01-31 1980-08-07
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