CN101233400A - 静电电容式压力计的膜片安装结构 - Google Patents

静电电容式压力计的膜片安装结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种静电电容式压力计的膜片安装结构，使得因制作容易而能够抑制成本上升，同时能够抑制产生焊接不良和热变形来提高测量精度。本发明是在筒状壳体的一端开口侧张设有承受流体压力用的膜片，并且在与该膜片的受压面相反一侧的筒状壳体内设有将该膜片的挠曲变位作为电容变化而取出的固定侧电极，在该静电电容式压力计中，上述膜片的外周缘部分形成为与中央部分相比壁厚度较厚，将该厚壁外周缘部分热熔融并焊接固定于上述筒状壳体的一端开口周围的端面部上。

Description

静电电容式压力计的膜片安装结构
技术领域
本发明涉及静电电容式压力计的膜片安装结构，例如作为质量流控制器中的质量流传感器使用的压力计等那样，在筒状壳体的一端开口侧张设有承受流体压力用的膜片，并在与膜片的受压面相反一侧的筒状壳体内设有将该膜片的挠曲变位作为电容变化而取出的固定侧电极。
背景技术
作为这种静电电容式压力计的膜片，为了能够进行高精度的压力测量，通常用厚度在25～125μm范围内整体厚度在0.1mm以下的厚度均匀的薄膜。另外，膜片的直径也为1英寸(25.4mm)左右，是非常小的。
在将使用这种薄膜且直径小的膜片以固定状态安装在筒状壳体上时，以往通常采用这样的方法：将膜片的薄的外周缘部通过钨极惰性气体保护(Tig)焊接等直接固定在筒状壳体的一端开口周围的端面部上。
但是，如上所述，在采用将壁薄的外周缘部焊接固定在筒状壳体的端面部上这种一般方法的情况下，由于作为焊接固定对象的筒状壳体的坡口容积与膜片的外周缘部的坡口容积之差，而使筒状壳体侧难以熔化，而膜片侧容易熔化，因此焊接部位的熔深变得不均匀，易产生焊接不良，这就易导致产品合格率降低的情况。另外，在壁薄的膜片侧，外周缘部被迅速热熔融，焊接热向膜片的中央部传递，但是由于该焊接热的传递状况在膜片整周上是不同的，在周向上有偏差，因此在焊接外周缘部的内周会产生与该外周缘部的形状不相似的环状褶皱等热变形，该热变形对膜片的挠曲变位量产生不良影响，其结果是，存在无法确保预定的压力测量精度的问题。
这种焊接不良和热变形的产生能够因焊接技能的提高而减少到某种程度，但是从生产技术的观点出发，会成为合格率降低和生产成本上升的原因，进而，甚至达到无法确保精确的测量精度的地步。
因此，作为静电电容式压力计的膜片，以往提出有这样的膜片：通过对其外周缘部以外的中央部进行冲压加工，从而在中央部的整个区域内预先主动形成放射状或者多重同心状的波或褶皱(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：美国专利第4,434,203号说明书
根据上述专利文献1所述那样的膜片，由于在其中央部形成的放射状或多重同心状的波或褶皱的表面积足够大，因此在将膜片的外周缘部焊接于筒状壳体的端面部上时，能够使向中央部传递的焊接热有效地得到放热并控制住该传递，从而，能够抑制在周向上产生不均匀的热变形，但是伴随由坡口容积之差而引起的焊接部位的熔深的不均匀化而产生焊接不良以及因而导致的测量精度下降是无法避免的。此外，通过冲压加工等在膜片自身上预先形成放射状或多重同心状的波或褶皱这一复杂制作的工时增加，以及认为提高焊接技能是必不可少的而造成合格率降低，由于这些原因而存在静电电容式压力计整体的制作成本变高的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供静电电容式压力计的膜片安装结构，使得因制作容易而能够抑制成本上升，同时抑制产生焊接不良和热变形而能够提高测量精度。
为了达成上述目的，本发明的静电电容式压力计的膜片安装结构的特征在于，该静电电容式压力计在筒状壳体的一端开口侧张设有承受流体压力用的膜片，并在与该膜片的受压面相反一侧的筒状壳体内设有将该膜片的挠曲变位作为电容变化而取出的固定侧电极，其中，上述膜片的外周缘部分形成为与中央部分相比壁厚度较厚，将该厚壁外周缘部分热熔融并焊接固定于上述筒状壳体的一端开口周围的端面部上。
因此，在本发明中，优选的是，上述膜片的厚壁外周缘部分形成为，以该膜片厚度的中央作为对称中心的表背对称形状(权利要求2)，还优选的是，上述隔膜的外周缘部分形成为这种程度的壁厚度：具有与作为焊接对象的筒状外壳的坡口容积相等或大致相等的容积(权利要求3)。
根据采用如上所述特征结构的本发明，通过使膜片的外周缘部分厚壁化，从而可以使膜片的外周缘部分具有足够的焊接量(熔深量)，使该外周缘部分均匀地熔化，即使在低焊接技能的情况下也能够可靠且容易地进行无误焊接，不仅如此，还尽可能地抑制伴随焊接热向膜片的中央部传递而产生热变形，从而能够确保预定的挠曲变位量，由此，能够提高压力测量精度。而且，在制造膜片时，仅通过增加掩蔽工序和蚀刻工序就能够容易地制造出使用只有外周缘部分被厚壁化了的薄膜的膜片。
因此，具有这样的效果：同时实现了膜片制造成本的降低、以及无需较高的焊接技能也能够不发生焊接不良并可靠且容易地进行焊接，尽可能地抑制了整体制作成本的上升，而且能够得到测量精度高的静电电容式压力计。
特别是通过使膜片的外周缘部分形成为这种程度的壁厚度：具有与作为焊接对象的筒状外壳的坡口容积相等或大致相等的容积，从而能够使焊接部位的熔深量均匀且稳定化，能够以高合格率制作挠曲变位量稳定的高精度的静电电容式压力计，并实现成本的进一步降低。
附图说明
图1是本发明的静电电容式压力计的一个示例的剖视图。
图2是上述静电电容式压力计的膜片的放大纵剖视图。
图3是上述膜片的俯视图。
图4是示出上述膜片的外周缘部分的焊接状态的主要部分放大剖视图。
图5是示出静电电容式压力计的膜片的外周缘部分的另一示例的主要部分放大剖视图。
标号说明
1：静电电容式压力计；
2：圆筒状壳体；
2e：开口周围的端面部；
3：膜片；
3a：厚壁外周缘部分；
3b：中央部分；
4：固定侧电极；
t：中央部分的厚度；
t1：外周缘部分的厚度；
sc.对称中心。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明涉及的静电电容式压力计的一个示例的剖视图，该静电电容式压力计1，在由不锈钢等耐蚀刻性材料构成的圆筒状壳体2的一端开口侧张设有承受气体等流体压力用的膜片3，并在与该膜片3的受压面相反一侧的圆筒状壳体2内的中央部设有将该膜片3的挠曲变位作为电容变化而取出的固定侧电极4。
上述静电电容式压力计1，将上述膜片3以与流体压检测口11对置的方式插入配置于在压力计安装组件5上形成的凹状空间6内，并将金属衬垫等密封圈9夹设在环状凸缘部7和环状阶梯部8之间，该环状凸缘部7一体地形成在圆筒状壳体2的另一端侧并向外侧突出，环状阶梯部8形成在上述凹状空间6的开口端侧周部上，此外在通过环状按压部件10和紧固螺栓14将上述环状凸缘部7压紧在环状阶梯部8上的状态下，将上述静电电容式压力计1紧固在压力计安装组件5上进行使用。
并且，在上述使用方式中，上述流体压检测口11处的流体压力施加在膜片3上使得该膜片3与流体压力成比例地产生挠曲变位时，该挠曲变位量作为电容变化而从上述固定侧电极4被取出，并在与静电电容式压力计1分开设置的电路中进行处理，从而测量到气体等流体压力。
在如上所述构成的、或者如上所述被使用的静电电容式压力计1中的膜片3形成为，其外周缘部分3a的壁厚度比其中央部分3b的厚。具体地讲，如图2和3所示，中央部分3b的厚度t形成为在25～125μm范围内而且均匀，与此相对，外周缘部分3a形成为以中央部分3b的厚度t的中央为对称中心sc.的表背对称形状，整体厚度t1在500μm左右。
这样形成的膜片3，如图4所公开的那样，其厚壁外周缘部分3a隔着环状的中间焊料12被挤压在上述圆筒状壳体2的一端开口周围的端面部2e上，在该状态下，通过以热熔融图4中点划线所围成的区域整周的方式进行Tig焊接，从而将膜片3固定在上述圆筒状壳体2的一端开口周围的端面部2e上。
此时，由于膜片3的外周缘部分3a形成为具有足够熔深量的壁厚度，因此在焊接部位整周上能够稳定地确保均匀的熔深量，由此，能够不产生焊接不良并可靠容易地进行焊接固定，并且焊接热几乎不会向壁薄的中央部分3b传递，从而能够抑制热变形的产生，由此，能够按照预定那样确保中央部分3b的挠曲变位量来提高压力测量精度。
如图4所示，特别优选的是，在作为焊接对象的圆筒状壳体2的一端开口周围的接近端面部2e的外周面部上设有V字型的坡口槽13，膜片3的外周缘部分3a形成为这种程度的壁厚度：具有与自该V字形的坡口槽13到一端开口侧的坡口容积相等或大致相等的容积。在该情况下，膜片3的外周缘部分3a与圆筒状壳体2的端面部2e的焊接部分的熔深变得均等，而且熔深量在整周上趋于稳定，因此能够进一步降低热变形的产生，进一步提高压力测量精度。
另外，上述膜片3的外周缘部分3a的厚壁化，在进行利用掩蔽和蚀刻从较大的薄板材料中拉出多个膜片3这一普通的制造时，可以仅增加掩蔽工序和蚀刻工序，与上述专利文献1所示那样的膜片相比，制造容易，并能够降低制造成本。
另外，在上述实施方式中，示出了膜片3的外周缘部分3a形成为以中央部分3b的厚度t的中央作为对称中心sc.的表背对称形状，但是如图5所示，也可以是仅在中央部分3b的表背任一侧增加壁厚度而形成的非对称形状。
产业上的可利用性
本发明涉及的静电电容式压力计的膜片安装结构，制作容易并能够抑制成本上升，而且能够抑制焊接不良和热变形的产生来提高测量精度，所以，例如作为质量流控制器中的质量流传感器使用的压力计等那样，能够适用于这样的静电电容式压力计：在筒状壳体的一端开口侧张设有承受流体压力用膜片，并且在与该膜片的受压面相反一侧的筒状壳体内设有将该膜片的挠曲变位作为电容变化而取出的固定侧电极。

Claims (3)

1.一种静电电容式压力计的膜片安装结构，在筒状壳体的一端开口侧张设有承受流体压力用的膜片，并且在与该膜片的受压面相反一侧的筒状壳体内设有将该膜片的挠曲变位作为电容变化而取出的固定侧电极，其特征在于，
上述膜片的外周缘部分形成为与中央部分相比壁厚度较厚，将该厚壁外周缘部分热熔融并焊接固定于上述筒状壳体的一端开口周围的端面部上。
2.根据权利要求1所述的静电电容式压力计的膜片安装结构，其特征在于，
上述膜片的厚壁外周缘部分形成为，以该膜片的厚度的中央作为对称中心的表背对称形状。
3.根据权利要求1或2所述的静电电容式压力计的膜片安装结构，其特征在于，
上述隔膜的外周缘部分形成为这种程度的壁厚度：具有与作为焊接对象的筒状外壳的坡口容积相等或大致相等的容积。
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