JPS63300930A - 容量型セル - 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】 本発明は物理的測定の分野、とくに二つの媒体を分離す
るダイヤフラムに加わる圧力差を測定するセルまたはセ
ンサ、とくに一方の電極が固定部分と一体の他方の電極
に面するダイヤフラムを備えたコンデンサの電極を有す
るセルに関するものである。これらのセルは圧力差測定
用容量セルと称せられる。

米国特許第２，７５３，５１５号のリックナー特許は、
圧力差を測定するため容量セルを用いたコミュテータを
開示している。またウオルフエの米国特許第２，９９９
，３８５号は、内面が凹状であるガラス円板の間に凹所
を形成された調性ダイヤフラムを備えた上記型のセルを
開示している。容量セルを具体化する多くの形状が上記
モデルに対して開発された。あるものは凹状面部分の間
に対向して設けられた唯一つのダイヤフラムを使用して
いる。他のものは二つのダイヤフラムを使用し、それら
はそれぞれ円筒形本体の端部に設けられ、これらの端部
の面は凹状でその間が連通されている。この最後の型の
容量セルは、従来技術においてバスハラの米国特許第４
，１６９，３８９号として知られている。

差圧の測定に容量セルを使用する同様の従来技術がハー
トライタの米国特許第２，８０８，５４５号、フリック
の同第３．６１８，３９０号、アクレーの同第３．６９
１゜８４２号、安原の同第４，０７２，０５７号、バク
インの同第４，３０１，４９２号、ベルの同第４，４５
８，３５７号およびオルロウスキーの同第４，５３１，
４１５号として知られている。

上記装置のあるものは、形状がダイヤフラムが歪みをう
けるときダイヤフラムをうけ入れるようになった凹所を
使用している。本発明者の知るようにまた従来技術の注
意深い検討から分かるように、これらの凹所の形状は球
状キャップであり、その上従来技術のように、つねにダ
イヤフラムは金属、たとえば不銹鋼であり、セル本体と
称せられる凹状円板はガラスである。

球状凹所を備えた上記セルの第１の欠点は、容量の正味
変化が、通常圧力差の変化の関数でなく、複雑な電子回
路をセルに設けて圧力差に従って発生する信号を一次関
数にしなければならないことである。そのような回路は
たとえばヒツトの米国特許第４．１９３．０６３号に開
示されている。

これらのセルの別の欠点は、流体を測定する場合、圧力
がダイヤフラムに直接加わることである。

この流体はダイヤフラムを化学的に浸食してはならない
、圧力を測定しようとする多くの流体とくにガスは、鋼
のダイヤフラムに対して腐食性であり、たとえばガスに
は無水酸が含まれる。

球状凹所による別の欠点は、多かれ少なかれ端部が鋭い
形状である凹所周辺におけるダイヤフラムに生ずる高い
応力である。

本発明は四つの目的を存する。すなわち、ｌａｌ　　ダ
イヤフラムが、損傷なしに、金属製ダイヤフラム以外に
は浸食性である流体によって湿潤される、圧力差測定用
容量型セルの構造を提供すること、 （ｂｌ　　ダイヤフラムが、大きい応力を生ずることな
しに、高いかつ反復する圧力変化を支持しうる容量型セ
ルを提供すること、および （Ｃ１全容量が圧力差の一次関数として変化し一次関数
化回路の使用を回避しうる容量セルを提供すること である。

圧力差を測定するのに使用される本発明の容量型セルは
、少くとも本体の一部が全体的に円筒形の形状を備え、
その面の少くとも一つに凹状端部を有し、この本体の凹
状部分がガラスのような鉱物性（非金属）材料から構成
することができる。

この凹状面はコンデンサの第１電極を構成または支持し
、少くとも一つのダイヤフラムは凹状面の端部に流体密
に設置され、このダイヤフラムは第２の電極を構成また
は支持する。このセルは本体両面が凹状である場合には
二つのダイヤフラムを備え、各面の凹所はダイヤフラム
によってシールされ、凹所は導管によってそれらの間を
連通されている。凹所および導管の内部は液体を充填さ
れ、セルはすべての場合これらの凹状面の間に対称面を
有し、対称軸はこの面に垂直でかつこれらの凹状面の中
心を通っている。

本発明によれば、上記型の容量型セルはとくに、各面の
一つの凹状面がこの面の周囲に続く平面に接線方向に接
続し、この面の転移区域がこの周辺部と面の中心とを隔
てる距離の中間付近にあることを特徴としている。

この構造のため、ダイヤフラムが応力をうけないことに
より、セルの寿命がきわめて長くなる。

このため、こわさの大きいダイヤフラム、たとえばガラ
スまたはセラミックから作られたダイヤフラムを使用す
ることができる。ダイヤフラムにこれらの材料を使用す
るため、ダイヤフラムは金属製ダイヤフラムに対して腐
食性である媒体と直接接触することができる。

しかしなから、別の予期しない結果が発見された。すな
わち、圧力の関数としての容量変化が平らなかつ変形し
ない電極を使用するセルによって示された変化に近く、
これは従来技術のダイヤフラムを備えたセルにはなかっ
たことである０本発明者は、凹所の多くの可能な形状の
中で、容量変化が平らな電極を使用する形状によって与
えられる変化と正確に同じになる１群の形状を探究した
。

本発明の第２の特徴として、探究された一つのあるいは
一部の形状は、凹状面の角点が離れる距離２が、Ｒを端
部の半径としｒを考慮中の点と対称軸との距離とすると
き、は、、−（Ｒ２、ｔ’）Ｚに比例するようなもので
あることが分った。

本発明セルの他の一般的な特徴は、ダイヤフラムを構成
する材料がガラスまたはセラミックのような鉱物性（非
金属性）材料であることである。

本発明の他の特徴は、セル本体が二つの部分に分割され
それらが非金属材料から構成され、それらはそれぞれ周
囲の円筒面により、凹状面により、そして円筒面によっ
て限界を定められていることである。平らなかつ平行な
端面を備えた中間の金属製円筒形本体は二つの非金属部
分の間に設置されている。

この最後の形状のため、中間本体は、確実にきわめて大
きい機械的応力を支持することができ、その応力を非金
属部分の材料が支持することはない。中間本体はフラン
ジまたは連結装置をうけ入れるように加工される。この
加工は非金属においては困難であるかまたはきわめて信
頼性がない。

充填導管を、それが上記両凹所を連通ずる導管と連通ず
るように、本体の中間に半径方向に穿孔するのが有利で
ある。

本発明の他の特徴は、凹状面に支持された各第１のコン
デンサ電極が円板形の金属被膜を含み、この円板形の被
膜が対称軸線に整合し定置凹状面の端部の直径の半分に
ほり等しい直径を有することである。電極の接続線は細
い半径方向バンドとして凹状面の端部まて達する一方、
各第２の可動電極は、この面の端部に近接する非メタラ
イズ面を除いてダイヤフラムの内面上にｉｉ１置する、
金属被膜によって構成される。この非メタライズ部分は
上記半径方向バンドの前方に設けられている。

このメタライズ部分の配置により電極と電気回路との接
続はその周辺で実施することができる。

なお、第１および第２のコンデンサ電極を構成する金属
被膜を真空蒸着によって製造するのが有利である。

最後にスリーブがダイヤフラム、二つの非金属部分およ
び中間本体によって形成される集合体の周りに設置され
かつシールされる。

本発明は、図面に示された特殊な構造に基づいてなされ
る下記の記載から、一層よく理解しうるであろう。

従来技術の型のセルを示す第１図および第２図において
、互いに機能的に同等である両方の各セルは、少くとも
全体的に円筒形の本体の一部に凹状端部を形成する少く
とも一つの面を有する。この本体部分はガラスのような
非金属材料から作られている。この凹状面は第１のコン
デンサ１ｉ掻を支持しダイヤフラムがこの凹状面の端部
に向って緊密に押付けられ、このダイヤフラムは第２の
可動電極を支持している。このセルは本体の両面が凹ん
でいる場合に二つのダイヤフラムを使用することができ
る。各面の凹所はダイヤフラムによって閉鎖され、両凹
所はそれらの間が導管によって連通され、凹所および導
管の内部は液体を充填されている。セルはいずれの場合
にもこれらの凹状面間に位置する対称面を有し、この平
面に垂直な対称軸はこれらの凹状面の中心を通っている
。凹所がはｙ′球状であること、およびそれらの端部に
、数学的意味において、線または端部として形成される
端部を有することに留意することが必要である。球面お
よび本体周囲によって形成された平面の交点に位置する
端部に対して接線方向の円錐によって形成される立体角
度は、大きい鈍角であるが、しかしなからこの角度は、
従来技術のダイヤフラムが薄くかつ可撓性であるとして
も、ダイヤフラムの時期尚早の加圧を生ずる。

第３図において、第１図ないし第２図のセルに対して、
凹所の端部３０は本体周囲によって形成された平面に接
線方向に連続している。第１および第２図の凹状面のは
ソ′外側半部６，８はセル本体に対して凹状に湾曲し、
その一方策３図のセルの凹状面６．８の内側半部はセル
本体の外側に凹状に湾曲し、これらの二つの半部は転移
区域３４において接している。凹状面６．８に対して上
記従来技術には対応する面は存在しない。

ふたたび第３図を見ると、それぞれ凹所の周囲３０の平
面内に設けられかつ中心３６を通る直交軸ｏ、ｒ、ｚが
示されている。この図面において面６．８上の点３１は
座標ｚ１およびｒ、を有する。

それは座標ｚ１および「１を有する面の各点３１に対し
て同じである。もし横座標ｒ、を有する各点３１が式ｚ
　１　＝　ｋ　（Ｒ”　＋　ｒ　＋”）”を満足する座
標２゜を存するならば、凹状面６，８の形状は本発明の
好ましい形状を有し、圧力の関数としての容量変化が平
面電橋を使用するセルによって得られる変化と同じとな
る。それが凹状面の唯一の形状ではな（、特殊なｋの値
を特徴とする一連の各部材の形状があることを理解すべ
きである。この限定によれば、凹所の深さく点０と点３
６との距離）はＲの値が１５鰭に等しいものとなり、凹
所は３０と１００μｍとの間の値となる。深さの浅い凹
所を使用するセルはたとえば０．７ないし０．８ｍｍの
もつとも厚いダイヤフラムを使用し、その一方もつとも
深い凹所を備えたセルはもつとも薄い（０，１ｍ１）ダ
イヤフラムを使用している。第１のセルは４００バール
の静圧に耐え、一方策２のセルは１００バールの静圧に
耐える。

第２図に実施されたパターンを保有する第４図のセルは
二つの非金属部分２．４に分割された本体を備え、各部
分は凹状面６，８により、横方向面３８により、そして
平らな円形面４０によって限定され、円筒形中間金属本
体４２は平らなかつ平行な面を備え、面は支持面４０と
して使用される。この中間本体において、充填導管４４
は半径方向に、それが軸方向導管２２に連通ずるように
穿孔され、充填導管はシール方式４６、すなわち止めね
しおよびボールを備えている。

本発明によれば、ダイヤフラム４３．４５は薄いガラス
、セラミックまたは他の端部を厚（したアモルファス結
晶材料から作られる。それらは簡単な円板とすることが
できる。

第５図には軸線２８に沿う一方の本体セルの凹状面が示
され、この面はその中心区域にメタライズ区域１２を有
し、その形状は対称軸線２８に整合しかつ薄いバンド４
８によって本体セル周端部まで達する円板形をなし、メ
タライズ円板１２は第１コンデンサアマチユアを構成し
バンド４８は外部電気回路に接続する接続装置を構成し
ている。

第６図には軸線２８に沿うダイヤフラム１４゜１６の内
面が示されている。全表面はメタライズ１８され第２の
電極を構成している。区域５０はメタライズされないバ
ンド４８よりいくらか長くかついくらか大きい、この区
域５０はバンド４８の前面に設置しなければならない。

この配置は両電極間の電気的接触を防止する。ダイヤフ
ラム内面全体がメタライズされ、メタライズ面が渦流電
界効果を防止するシールドを構成することは重要である
。この第２電掻の接続（たとえば接地点）はメタライズ
面の端部から作ることができる。

上記電極の配置は好ましいものであるが、たとえばセル
が中央ダイヤフラムのみを使用する場合、逆の配置も使
用することができ対向する両面は本発明におけるように
部分的にまたは完全にメタライズすることができる。

最後に、第４図においてスリーブ５２と本体およびダイ
ヤフラム集合体との間に設けられた宙封面５４の存在に
留意すべきであり、このシールはまたダイヤフラム周辺
と本体との間、およびセル本体と中間本体との間にも設
けられる。

以上、本発明による圧力差を計測する容量セルを実施す
る特殊な実施例について図示しかつ説明したが、本発明
の範囲はこれらの形状に限定されるものでなく上記の全
体的特徴を有する上記型のすべてのセルに及ぶものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に対して参照する従来技術
の型のセルの略図。 第３図は本発明のセル半部の略断面図。 第４図は第３図に示された原理を実施する本発明セルの
略断面図。 第５図および第６図は第４図に示すセルのコンデンサ電
極を示す図。 ２．４−　　本体、６．８−・凹状面、１２−・−第１
電ｆｆｉ、１４．１６−・・・−ダイヤフラム、１８・
・−・・第２電極、２２−・導管、２６−・・対称面、
２８・・−・一対称軸。 ３０−−ｍ一端部、３４−・−・転移部分、３６−中心
。 ３８−・・−横方向面、４０−・−・支持面、４２・・
−・・円筒形中間金属本体、４４−・・・−充填導管、
４６−・・−シール。 ５０−一非メタライズ区域、５２・−・−スリーブ。 ５４・−・−シールリング 手続補正書（方式） １．事件の表示 昭和６３年　特許願　第１０９２１７号２、発明の名称 容　　ｔ　　鳳　　セ　　ル ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　　　フラごス国、６３０００・クレルモン・フエ
２ン、ビ・アヴニュ・ド・フ・リベラヅヨン、１５１ 名称　　　　オテイツクｅフイツシエ令ニー、１＜ルテ
」ソシエテ番アノニム４、代理人 〒１０５住所　東京都港区西新橋１丁目１番１５号物産
ビル別館　電話（５９１）　０２６１図面の浄書内容に
変更なし

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも本体の一部（２、４）が全体的に円筒形の
   形状を備え、それらの端面（６、８）の少くとも一つが
   凹状をなし、この本体の部分がガラスのような非金属材
   料から作られた容量型セルであつて、該凹状面はその凹
   周辺に固定された第１コンデンサ電極（１２）のダイヤ
   フラム（１４、１６）を有し、このダイヤフラムは第２
   電極（１８）を支持し、このセル全体は本体両面が凹状
   である場合には二つのダイヤフラムを含み、各面の凹所
   がダイヤフラムによつてシールされ、両凹所が導管（２
   ２）によつて互いに連通され、凹所および導管内部（２
   ４）が液体を充填され、いずれの場合にもこれらの凹状
   面の間に位置する対称面（２６）を有し、この平面に垂
   直な対称軸（２８）がこれらの凹状面の中心（３６）を
   通る容量型セルにおいて、 凹状面の各面がこの面の周囲によつて形成された平面に
   接線方向に接続し、該面の転移区域（３４）が面の中心
   （３６）とその端部（３０）とを隔てる距離のほゞ半分
   付近にあつて、セルの寿命を高圧のもとで使用する場合
   でさえもいちじるしく延長することを特徴とする、前記
   容量型セル。 ２、凹状面の角点が離れる距離ｚが、Ｒを凹状面端部の
   半径ｒを該点と対称軸とを隔てる距離とするとき、（Ｒ
   ＾２＋ｒ＿１＾２）＾２に比例し、圧力の関数としての
   容量の正味変化が平らなそして変形のない電極を使用す
   るセルによつて与えられる変化と同じであることを特徴
   とする、請求項１記載のセル。 ３、ダイヤフラムを構成する材料が化学的腐食のもつと
   も少ないことを特徴とするダイヤフラムを形成する非金
   属材料であることを特徴とする、請求項１記載のセル。 ４、ダイヤフラム材料がガラスであることを特徴とする
   、請求項２記載のセル。 ５、セル本体が二部分（２、４）に分割され、それらが
   それぞれ非金属材料から成り、それらがそれぞれ周辺円
   筒部（３８）によつて凹状面によつてまた平らな円形面
   （４０）によつて限界を定められかつ平行なそして平ら
   な端面を備えた中間の金属製本体（４２）がこれらの二
   つの金属部分の間に設けられたことを特徴とする、請求
   項１記載のセル。 ６、中間本体において、充填導管（４４）は半径方向に
   それが軸線方向導管に連通するように穿孔され、また充
   填導管はシール方式（４６）を備えたことを特徴とする
   、請求項５記載のセル。 ７、凹状面によつて支持された第１コンデンサ電極が円
   板形金属被膜を備え、この円板形の被膜が対称軸線に整
   合し凹状面端部の直径の半分にほぼ等しい直径を有しか
   つ該電極が細い半径方向バンドによつて凹状面の端部ま
   で延びていることを特徴とする、請求項３記載のセル。 ８、第２の各電極（１８）が、この面の端部付近の非メ
   タライズ部分（５０）を除いて、ダイヤフラムの一面に
   全体的にメタリック被膜を施され、この非メタライズ部
   分が上記バンド部分（４８）の前方に設けられたことを
   特徴とする、請求項７記載のセル。 ９、第１および第２のコンデンサ電極を構成するメタリ
   ック被膜が真空蒸着法で作られたことを特徴とする、請
   求項７記載のセル。 １０、スリーブ（５２）がダイヤフラム、二つの非金属
   部分および中間本体によつて形成された集合体の周りに
   設置され、シールリング（５４）がスリーブと集合体と
   の間を接合することを特徴とする、請求項６記載のセル
   。