JP2001091389A - 圧力測定用センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接時に受圧素子が熱の影響を受けず、かつ
溶接後のケース収縮時に受圧素子の歪みや変形を防い
で、信頼性の高い圧力測定を可能とする。 【解決手段】 受圧素子であるダイアフラム１０ａにＦ
ＢＧ１５ａを固定し、ダイアフラム１０の歪みをＦＢＧ
１５ａで検出することにより、ダイアフラム１０ａに加
わる圧力を測定する圧力測定用センサで、ダイアフラム
１０ａと台座１０ｂを一体に形成させて、この台座１０
ｂをケース１１に溶接固定することで、溶接による熱は
台座１０ｂに伝わり、ダイアフラム１０ａへは直接伝わ
らなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歪み検出素子を用
い、受圧素子に加わる圧力とその歪みとの関係から上記
圧力を測定する圧力測定用センサに関する。

【０００２】

【関連する背景技術】従来，この種のセンサでは、受圧
素子であるダイアフラムに歪みゲージ等によって構成さ
れる歪み検出素子を貼り付けた構造からなるものがあ
る。上記センサでは、この貼り付けの作業性を高めるた
め、ダイアフラムとケースを別々に作成し、ダイアフラ
ムに歪み検出素子を固定した後に上記ダイアフラムをケ
ースに固定していた。なお、上記ダイアフラムは、一般
的には金属板で製作されている。

【０００３】この固定方法としては、例えば溶接による
場合と、ボルトによる場合が考えられるが、上記溶接に
よる場合、ケース及びダイアフラムには、溶接時に発生
する熱の影響によって高熱が加わることとなり、ダイア
フラムが大きな熱歪みを受けてしまう。また、ケースと
ダイアフラムの熱容量が異なるため、溶接後の冷却時に
は熱容量の大きいケース部分が後から収縮するので、こ
のケース収縮の時にダイアフラムが変形してしまう。こ
の変形は、ダイアフラムの径が大きい場合に顕著に発生
していた。さらに、溶接時の熱歪みにより、ケースとダ
イアフラムの間に微小な隙間が発生することがあり、こ
の隙間の間隔によってダイアフラムにおける圧力と歪み
の特性が大きく変わってしまうことがあった。従って、
上記溶接の場合、加わる熱が原因となって、ケースとダ
イアフラムの冷却時にダイアフラムに歪みが加わり、ダ
イアフラムが変形し易くなり、また特性のバラツキが大
きく変わってしまう。このため、従来では、ボルトによ
ってダイアフラムをケースに固定する方法が一般的であ
った。

【０００４】このボルトで固定する場合、上記センサ
は、ダイアフラム上に歪み検出素子を貼り付けた後に、
ボルトによって上記ダイアフラムを台座の部分でケース
と固定する構造になっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記センサ
では、ボルトの固定状態、すなわちダイアフラムの台座
とケースのボルトによる締め付け状態によって、ダイア
フラムが変形して検出される歪みの特性が大幅に異なる
という問題点があった。特に、台座とケースの両方の合
わせ面が一致していない場合（例えば台座が湾曲して反
っている場合等）、無理に両方の合わせ面を合わせてボ
ルトで固定するため、台座に歪みが生じ、それが原因と
なって固定初期段階からダイアフラムに大きな歪みが加
わることになる。

【０００６】また、上記センサでは、振動や衝撃等が加
わりボルトに緩みが生じると、同じ圧力が加わってもダ
イアフラムの歪みが変化してしまい、圧力測定値に大き
な誤差が生じるという問題点があった。本発明は，上記
問題点に鑑みなされたもので、接合時に受圧素子が熱の
影響を受けず、かつ溶接後のケース収縮時に受圧素子の
歪みや変形を防いで、信頼性の高い圧力測定を可能とす
る圧力測定用センサを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、受圧素子に歪み検出素子を固定し、該
受圧素子の歪みを検出することにより、該受圧素子に加
わる圧力を測定する圧力測定用センサにて、前記受圧素
子と、当該受圧素子を載置させる台座とを一体に形成さ
せた受圧部を備え、前記台座を収納部に固定する圧力測
定用センサが提供される。

【０００８】すなわち、受圧素子であるダイアフラムと
台座を一体に形成させて、例えばこの台座を収納部であ
るケースに溶接固定することで、溶接による熱は台座に
伝わり、ダイアフラムへは直接伝わらなくなるため、熱
の影響及び歪みの発生を防ぐ。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係る圧力測定用センサの
実施例を図１乃至図４の図面に基づいて説明する。図１
は、圧力測定用センサの構成の第１実施例を示す断面図
である。図において、本実施例の圧力測定用センサは、
本発明の受圧部１０と、本発明の収納部を構成するケー
ス１１と、上部金具１２と、本発明の歪み検出素子を有
する光ケーブル１３とからなる。

【００１０】受圧部１０は、本発明の受圧素子を構成す
るダイアフラム１０ａと、台座１０ｂとから構成されて
いる。ダイアフラム１０ａと台座１０ｂは、例えば１枚
のステンレス板で一体に形成されており、平面が円筒形
で、またその断面がＨ型形状に構成されている。ケース
１１は、中空の円筒形状に構成されている。このケース
１１の下部には、受圧部１０の台座１０ｂが溶接によっ
て固定され、溶接部１４が形成されている。なお、溶接
時には、台座１０ｂとケース１１がずれないように、台
座１０ｂとケース１１下部の外周を全周に渡って溶接す
る。

【００１１】また、ケース１１の上部には、上部金具１
２がボルト１５で固定されており、上部金具１２の中央
部には光ケーブル１３が貫入されている。また、ケース
１１と上部金具１２間は、上部金具１２側面のＯリング
１６でシールされている。光ケーブル１３内には、光フ
ァイバ１７が設けられており、光ファイバ１７は、上部
金具１２からケース１１内部に挿入されている。光ファ
イバ１７には、光の伝搬方向の一部にファイバブラッグ
グレーティング（以下、「ＦＢＧ」という）１７ａ，Ｆ
ＢＧ１７ｂとがそれぞれ形成されており、ＦＢＧ１７
ａ，１７ｂは、図示しない光源から伝搬してきた光のう
ちブラッグ波長と呼ばれるある特定の波長領域の光を反
射させ、その他の波長領域の光を透過させる機能を持っ
ている。ＦＢＧ１７ａは、本発明の歪み検出素子を構成
して圧力を検出するための圧力検出用ＦＢＧで、例えば
圧力によってたわむダイアフラム１０ａ上の中央部に接
着剤で貼り付けられている。また、ＦＢＧ１７ｂは、温
度を検出して温度補償するための温度検出用ＦＢＧで、
圧力検出用ＦＢＧ１７ａに近く、かつ機械的な外力を受
けないように、例えばケース１１内下部で、かつ円周方
向に接着剤で貼り付けられている。なお、光ファイバ１
７は、余長部分がケース１１内に納められている。ま
た、本発明の歪み検出素子としては、例えばダイアフラ
ム１０ａの歪みを機械的に検出する歪みゲージを用いて
も良い。さらに、ケース１１内の圧力は、例えば光ケー
ブル１３を通して大気圧になっている。

【００１２】このように、本実施例では、ダイアフラム
と台座とを一体形成させて受圧部を構成し、この台座を
ケースと溶接して固定することにより、溶接時の熱が台
座に伝わり、直接ダイアフラムに伝わらないので、ダイ
アフラムは大きな熱歪みを受けることがなくなる。ま
た、本実施例では、台座１０ｂとケース１１の合わせ面
が不整合であっても、その不整合な状態を維持したまま
溶接するため、ダイアフラム１０ａには、大きな初期歪
みが発生しない。

【００１３】また、本実施例では、溶接後の冷却時にケ
ースが収縮しても、台座が介在しているため、ダイアフ
ラムに歪みや変形等が生じなくなる。この結果、本実施
例では、ダイアフラムにおける圧力と歪みの特性にバラ
ツキがなくなり、信頼性の高い圧力測定が可能となる。
図２は、圧力測定用センサの構成の第２実施例を示す断
面図である。なお、以下の図において、第１実施例と同
様の構成部分については、説明の都合上、同一符号を付
記する。

【００１４】図２において、第１実施例と異なる点は、
ケース１１の下部に凸部１１ａを設けるとともに、台座
１０ｂにこの凸部１１ａに嵌合する凹部１０ｃを設け、
ケースと台座を嵌合構造にしたことである。つまり、ケ
ース１１の凸部１１ａに、台座１０ｂの凹部１０ｃを嵌
合させ、その嵌合位置の外周を全周に渡って溶接するこ
とで、溶接部１４を形成させている。なお、本実施例
は、これに限らず、台座１０ｂに凸部を設け、ケース１
１に上記凸部に嵌合する凹部を設けて嵌合構造とするこ
とも可能である。

【００１５】このように、本実施例では、ケースと台座
を嵌合構造にしたので、第１実施例と同様の効果に加え
て、溶接時にケースと台座にずれが生じることなく、確
実に固定することができる。図３は、圧力測定用センサ
の構成の第３実施例を示す断面図である。図において、
本実施例では、台座１０ｂとケース１１の接合をろう付
けにより行ったものである。本実施例では、台座１０ｂ
とケース１１の接合部１８には、予めニッケルメッキを
施して銀ろう付けを行った。

【００１６】なお、本発明のろう付けとしては、その他
に例えばリン銅ろう、金ろう、半田が考えられる。この
ように、本実施例では、ろう付けによって台座とケース
を接合するので、溶接による第１実施例の場合に比べ
て、接合時に熱の発生が少なくなり、ダイアフラムは熱
歪みをまったく受けることがなくなる。

【００１７】また、図４は、圧力測定用センサの構成の
第４実施例を示す断面図である。図において、本実施例
では、台座とケースの接合部１９の接合を接着剤で行っ
たものである。本実施例では、上記接着剤に例えばエポ
キシ系接着剤を用いて接合を行った。これにより、本実
施例では、接着剤によって台座とケースを接合するの
で、接合時に熱の発生がなくなり、ダイアフラムは熱歪
みをまったく受けることがなくなる。

【００１８】本発明は、これら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形
実施が可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、受圧
素子に歪み検出素子を固定し、該受圧素子の歪みを検出
することにより、該受圧素子に加わる圧力を測定する圧
力測定用センサにて、前記受圧素子と、当該受圧素子を
載置させる台座とを一体に形成させてなる受圧部と、前
記受圧部と歪み検出素子を収納する収納部とからなり、
前記受圧部は、前記台座と前記収納部とを接合すること
で、収納部に固定されるので、接合時に受圧素子が熱に
よる影響を受けなくなり、受圧素子の変形を防いで信頼
性の高い圧力測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧力測定用センサの構成の第１実
施例を示す断面図である。

【図２】同じく、圧力測定用センサの構成の第２実施例
を示す断面図である。

【図３】同じく、圧力測定用センサの構成の第３実施例
を示す断面図である。

【図４】同じく、圧力測定用センサの構成の第４実施例
を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 受圧部 １０ａ ダイアフラム １０ｂ 台座 １０ｃ 凹部 １１ａ 凸部 １１ ケース １２ 上部金具 １３ 光ケーブル １４ 溶接部 １５ ボルト １６ Ｏリング １７ 光ファイバ １７ａ，１７ｂ ＦＢＧ １８，１９ 接合部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受圧素子に歪み検出素子を固定し、該受
   圧素子の歪みを検出することにより、該受圧素子に加わ
   る圧力を測定する圧力測定用センサにて、 前記受圧素子と、当該受圧素子を載置させる台座とを一
   体に形成させてなる受圧部と、 前記受圧部と歪み検出素子を収納する収納部とを備え、
   前記受圧部は、前記台座と前記収納部とを接合すること
   で、該収納部に固定されることを特徴とする圧力測定用
   センサ。