JPS6261898B2

JPS6261898B2 -

Info

Publication number: JPS6261898B2
Application number: JP16627081A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nishihara
Original assignee: YOKOKAWA DENKI KK
Current assignee: YOKOKAWA DENKI KK
Priority date: 1981-10-16
Filing date: 1981-10-16
Publication date: 1987-12-23
Also published as: JPS5866832A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は差圧測定装置に関するものである。更
に詳述すれば、ベローの内外にそれぞれ測定圧を
加え、ベローの自由端の変位を電気容量の変化と
して検出する電気容量検出方式の差圧測定装置に
関するものである。

近年、容量検出方式の差圧測定装置としては、
ストレツチダイアフラムを圧力―変位変換要素と
して用いたものが多用されている。

このようなものにおいては、ダイアフラムには
常に一定の引張力が加えられていなければならな
い。このため、ダイアフラムを固定するカプセル
本体やカプセルを固定するハウジングは、周囲温
度等の変化によつて、ダイアフラムの引張力に悪
影響を与えないように、ダイアフラムの線膨張係
数に合わせた高価な材料を用いねばならず高価な
ものとなる。

次に、差圧伝送器においては、大きな静圧で使
用されることが多い。このような場合には、大き
な静圧によつてハウジングがダイアフラムの半径
方向に膨らみ、ダイアフラムを引張り、ダイアフ
ラムが剛くなる、このため静圧スパンシフトを生
ずる。また、大きな静圧に耐えるようにするため
にハウジング等は、ボルト等により強く締めて組
み立てられるが、この締付力もダイアフラムに影
響を及ぼしスパンシフトとして特性に悪影響を及
ぼす。

次に、大きな静圧又は過圧が加わつた場合に、
ハウジングが変位して、静圧ゼロシフト又は過圧
ゼロシフトが生ずる、あるいは、その際の変形の
残留に基づく静圧又は過圧ゼロシフトが生ずる恐
れがある。

本発明は、これ等の問題点を解決したものであ
る。

本発明の目的は、静圧スパン誤差、温度スパン
誤差、締付けスパン誤差が少く、静圧や過圧ゼロ
シフトの生ずる恐れのない差圧測定装置を提供す
るにある。

第１図は、本発明の一実施例の構成説明図であ
る。

図において、１はカプセルユニツトで、ベロー
１１、可動電極１２、スペーサー１３、絶縁体１
４，１５と固定電極１６，１７よりなる。ベロー
１１の自由端１１１には、ベロー１１の軸に直交
して板状の可動電極１２が固定されている。可動
電極１２のベローの自由端１１１への固定部附近
には、第２図に示す如く、同心状に半円形の溝１
２２が多数設けられ、オーバーレンジ可撓部１２
１が構成されている。絶縁体１４，１５は円板状
をなし、可動電極１２の両側にそれぞれ対向して
配置され、その周辺部において、リング状のスペ
ーサ１３が挾持されている。固定用電極１６，１
７はリング状をなし、可動電極１２に対向して、
絶縁体１４，１５の表面に配置され、この場合
は、真空蒸着によつて形成されている。１８はベ
ローの固定端１１２に溶接固定１８１され絶縁体
１４を支持するほぼ円盤状の支持体である。２は
ハウジングユニツトで、円柱状のハウジング本体
２１，２２とシールダイアフラム２３，２４とリ
ング状のシール押え２５，２６よりなる。ハウジ
ング本体２１，２２はその凹部２１１，２２１に
より形成する室２２０に、カプセルユニツト１を
内蔵すると共に、その外周縁部において、互に一
体的となるように溶接２７されている。ハウジン
グ本体２１，２２の外表面部２１２，２２２には
同心円状の波型面が形成されている。カプセルユ
ニツト１は凹部２１１，２２１に接することな
く、ベロー１１の固定端１１２の先端部がハウジ
ング本体２１の外平面部２１２において溶接１１
３固定されている。しかして、ベロー１１の外側
とハウジング本体２１，２２絶縁体１４，１５、
スペーサー１３とにより室３１が形成される。シ
ールダイアフラム２３，２４はハウジング本体２
１，２２の外平面２１２，２２２をそれぞれ覆
い、ハウジング本体２１，２２とそれぞれ室２３
１，２４１を形成し、その周縁部はシール押え２
５，２６によりハウジング本体２１，２２に固定
されている。３２は、ベロー１１内部と室２３１
を連通する連通孔である。３３は室３１と室２４
１を連通する連通孔である。４はベロー１１内部
と連通孔３２と室２３１を満すシリコンオイル等
の封入液、５は室３１と連通孔３３と室２４１を
満すシリコンオイル等の封入液である。６，７
は、それぞれシールダイアフラム２３，２４とシ
ール押え２５，２６を覆い、測定室６１，７１を
形成するカバーである。６１１，７１１は測定室
６１，７１に測定圧を導入する導入孔である。１
６１，１７１は固定電極１６，１７より外部に引
き出されたリードで、ハウジング２からの取出し
口部分においては、ハーメチツクシール１６２，
１７２されている。

以上の構成において、たとえば、測定室６１に
導入孔６１１より高い測定圧Ｐ_Hが導入され、測
定室７１に導入孔７１１より低い測定圧Ｐ_Lが導
入されると、その圧力は、シールダイアフラム２
３，２４を介して封入液４，５に伝えられる。こ
の圧力はベロー１１の表裏面で力に変換され、ベ
ロー１１の有効面積をAeとすれば（Ｐ_H−Ｐ_L）
Aeの力を発生する。ベロー１１のばね定数をｋ
とすれば、ベロー１１の先端の変位はδ＝（Ｐ_H−
Ｐ_L）Ae／ｋとなる。ベロー１１の先端には可動
電極１２が取付けられているので、Ｐ_H＞Ｐ_Lの場
合は可動電極１２は図の右方に移動し、電極１２
と１６間の電気容量は減少し、電極１２と１７間
の電気容量はは増加する。ベロー１１と差圧（Ｐ
_H−Ｐ_L）の関係は、変位が小さい間はリニヤーで
あり精度のよい圧力→変位の特性が得られる。

しかして、大きな静圧が測定圧として加わつた
場合に、従来のストレツチダイアフラムを測定ダ
イアフラムとして使用した場合のように、ストレ
ツチダイアフラムを支持しているハウジングが半
径方向に膨らみ、この結果、測定ダイアフラムを
引張つて、測定ダイアフラム自身が剛くなり、ス
パン誤差を生ずると言うストレツチダイアフラム
方式の欠点は生じない。

即ち、受圧素子としてベロー１１を用いたの
で、ベローエンドが半径方向に伸縮しても、その
影響を受けるのはベローエンドに近い部分のみで
あり、ベローの平均有効面積としてはほとんど変
化しない。また、ベローは原理的には薄肉円筒と
みなされるが、薄肉円筒では円筒端末の変形が円
筒内部に影響する軸方向の長さは短く、ベロー主
要部の寸法は安定な性質を有する。さらに、ベー
スに固定されるベローズエンド部分には、やや長
い円筒部がつけられているのが普通であり、この
円筒部分もベースのひずみがベローに伝達される
のを防止している。

要するに、大きな静圧によつて、ハウジングが
半径方向に歪みを発生しても、ベローズエンドの
円筒部でひずみが吸収される。さらに、取付け部
分のひずみに強い性質を本質的に有するベローズ
を用いているために静圧によるスパン誤差の生じ
にくい装置を得ることができる。

同様な理由によつて、ボルト等による締付けス
パンシフトに対しても強いものが得られる。

更に、ストレツチダイアフラム型の場合には、
ハウジングとダイアフラムに材質的な差がある
と、温度変化によつてダイアフラムの張力が変化
し、大きなスパン変化を生じる。したがつて、た
とえば、ダイアフラムとして恒弾性材料を用いれ
ば、ハウジングも同様としなければならず高価と
なる。

本願においては、ハウジングとベローの材質が
異なつても、ハウジングの変形が前述の如く、ベ
ロー本体部分に伝わらないため、材質の選択は自
由となり安価な材料を用いることができる。しか
して、線膨張係数の差による温度スパン誤差要因
がない。

したがつて、たとえば、ベローを恒弾性材料で
作れば、材質的な温度スパン誤差がなく、装置全
体として温度スパン誤差のきわめて小さなものが
得られかつ、安価にすることができる。

次に、装置としては、測定圧として過圧が加わ
つた場合に対しての保護が必要である。

本願においては、過圧が加わつた場合に、シー
ルダイアフラム２３，２４がハウジング本体２
１，２２にそれぞれ接することにより過圧からシ
ールダイアフラム２３，２４を保護する。しかし
ながら、測定受圧素子たるベロー１１において
は、シールダイアフラム面積はベロー面積に比べ
て大きいために過圧に対して、ベローの変位はひ
じように大きくなる。これに対して固定電極１
６，１７と可動電極１２のギヤツプは小さい。こ
のため可動電極が破壊される恐れがある。この理
由により従来においては、測定受圧素子としてベ
ローを選択することができなかつた。本願におい
ては、可動電極１２にオーバーレンジ可撓部１２
１を設けたので、オーバーレンジ可撓部１２１が
可撓変形してベロー１１の変位を吸収し、可動電
極が破壊する恐れのないものが得られる。

次に、今、第１図の図の左方より数100Kg/cm²の
過大圧Ｐ_Hが加わつた場合を考えると、シールダ
イアフラム２３はハウジング外表面２１２に密着
し、ハウジング２１は等分布荷重を片面から受け
る厚板円板となつて、第３図に示すように中央部
が突出する変形をする。この変形は、過大圧が数
100Kg/cm²にも達すると、ベロー１２の測定変位に
比べて小さいとは言えない大きな変位になる。ま
た、このハウジング２１の変形は、絶縁体１４に
も伝えられ、絶縁体１４は、周縁を支持された内
周に力を受けるドーナツ状の円板の変形をする。
その際、絶縁体１４とハウジング外表面２１２と
の間、あるいは、絶縁体１４とスペーサー１３の
接触面の間にズレを生じ、過大圧解除後も零点が
もとに戻らないゼロシフトを生ずることがある。

これに対して、本願においては、カプセルユニ
ツト１は、ハウジングユニツト２中の凹部２１
１，２２１よりフロートしており、ベロー１１の
固定端１１２の先端部においてのみハウジング２
１に溶接されており、かつ、絶縁体１４は支持体
１８を介してベロー１１の固定端１１２に一体的
に固定されているので、外面部２１２の中央部が
変位してもゼロシフトを生ずることがない。

第１図の図の右方より過大圧Ｐ_Lが加わつた場
合においては、絶縁体１５とハウジング本体２２
間には隙間があるので、外表面２２２の変位の影
響は及ばない。

しかして、本願においては、カプセルユニツト
１は、ハウジングユニツト２の内部に設けられた
室２２０にフロートした状態で配置され、即ち、
ハウジングユニツト２よりカプセルユニツト１は
絶縁された形で構成されたので、静圧スパン誤
差・温度スパン誤差・締付けスパン誤差等を少い
ものが得られる。

以上説明したように、本発明によれば、静圧ス
パン誤差、温度スパン誤差、締付けスパン誤差の
少く、静圧や過圧ゼロシフトの生ずる恐れのない
差圧測定装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成説明図、第２
図は第１図の要部説明図、第３図は従来例の要部
構成説明図である。１…カプセルユニツト、１１…ベロー、１１１
…自由端、１１２…固定端、１２…可動電極、１
２１…オーバーレンジ可撓部、１２２…溝、１３
…スペーサー、１４，１５…絶縁体、１６，１７
…固定電極、１８…支持体、２…ハウジングユニ
ツト、２１，２２…ハウジング本体、２２０…
室、２１１，２２１…凹部、２１２，２２２…外
平面、２３，２４…シールダイアフラム、２３
１，２４１…室、３１…室、３２，３３…連通
孔、４，５…封入液、６，７…カバー、６１，７
１…測定室、６１１，７１１…導入孔。

Claims

【特許請求の範囲】

１ベローと該ベローの自由端に該ベローの軸に
直交して固定され該ベローとの固定部分附近に設
けられた溝により形成されたオーバーレンジ可撓
部を有する板状の可動電極と、該可動電極にそれ
ぞれ対面しリング状のスペーサーを介して対向し
て配置された板状の絶縁体と該絶縁体の前記可動
電極と対面した面に設けられた固定電極と、前記
ベローの固定端に固定され前記絶縁体を支持する
支持体とからなるカプセルユニツトと、該カプセ
ルユニツトをその内部に設けられた室に接するこ
となく内蔵配置すると共に前記ベローの固定端が
固定されその外側表面に同心状の波型面が形成さ
れたハウジング本体と前記波型面を覆いその周面
が該波型面に固定され過負荷時に該波型面により
バツクアツプされるシールダイアフラムとを具備
するハウジングユニツトと、該シールダイアフラ
ムを覆い該シールダイアフラムと測定室を構成す
るカバーとを具備してなる差圧測定装置。