JP2004108868A

JP2004108868A - Differential pressure transmitter

Info

Publication number: JP2004108868A
Application number: JP2002269719A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nishi; 西　健
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-17
Also published as: JP3887290B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a differential pressure transmitter for reducing variations in the O/L working points due to changes in the temperature of a excessive pressure protective mechanism by a simple structure and relaxing restrictions on the specifications of the transmitter (such as operating temperature limits, measuring ranges, sensor resistance to pressure, the size of the transmitter main body, etc.). <P>SOLUTION: Space parts 70 and 71for filling spacers are each formed in the surfaces of bodies 21A and 21B opposite to pressure receiving diaphragms 27 and 28. Spacers 72a and 72b are each housed with appropriate gaps 74a and 74b in the space parts. The spacers 72a and 72b are made of ceramic, metal, or the like having a coefficient of thermal liner expansion sufficiently smaller than those of the bodies 21A and 21B. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油化学・化学工業・電力・ガス・食品・鉄鋼等の種々のプラントに用いられる差圧発信器に関し、特に過大圧保護機構を備えた差圧発信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
差圧発信器は、高圧側および低圧側の受圧ダイアフラムに加えられる各測定圧力を、圧力伝達媒体としての封入液によって半導体圧力センサに導き、その歪みを電気信号に変換して取り出すように構成しており、例えば石油精製プラントにおける高温反応塔等の被測定流体を貯蔵する密閉タンク内の上下二位置の差圧を検出することにより、液面高さを測定するときなどに用いられる（例えば、特許文献１，２，３参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１９８５１９号公報（２頁〜３頁、図１）
【特許文献２】
特開平４−３２０９３９号公報（２頁〜３頁、図１、図３）
【特許文献３】
特公平３−７４７８２号公報（１頁〜３頁、図１、図２）
【特許文献４】
特開平６−８２３２６号公報（２頁〜３頁、図８）
【０００４】
この種の差圧発信器は、圧力センサの耐圧を超える圧力が加わったときに圧力センサが破損するのを防止するために、過大圧保護機構を備えたものが一般的である。過大圧保護機構は、ボディ本体の各側面に設けられる受圧ダイアフラムと、ボディ本体の内室を高圧側と低圧側のセンターダイアフラム室に仕切って設けられるセンターダイアフラムとで構成され、受圧ダイアフラムに過大な圧力が加わったときに受圧ダイアフラムをボディ側面に着底させることにより圧力センサに過大な圧力が加わらないようにしている。すなわち、高圧側に過大な圧力が加わったときには、高圧側の受圧ダイアフラムがボディ本体に着底して高圧側の封入液の移動を制限し、低圧側に過大な圧力が加わったときには、低圧側の受圧ダイアフラムがボディ本体に着底して低圧側の封入液の移動を制限することにより、圧力センサに過大な圧力が加わらないようにしている。
【０００５】
図８は上記特開平７−１９８５１９号公報に開示された従来の標準型差圧発信器で、この差圧発信器１は、二つのボディ２Ａ，２Ｂを接合することによってボディ本体２を形成し、各ボディ２Ａ，２Ｂの側面に測圧用の受圧ダイアフラム３，４をそれぞれ設け、これらの受圧ダイアフラム３，４と各ボディ２Ａ，２Ｂとの間の空間をそれぞれ受圧ダイアフラム室５，６として圧力伝達媒体としてのシリコーンオイル等の封入液７を封入している。また、両ボディ２Ａ，２Ｂの接合面間に内室８を形成し、この内室８を前記受圧ダイアフラム３，４とともに過大圧保護機構を構成するセンターダイアフラム９によって２つのセンターダイアフラム室８ａ，８ｂに画成し、これらのセンターダイアフラム室８ａ，８ｂを前記各受圧ダイアフラム室５，６に連通路１０ａ，１０ｂを介してそれぞれ連通させている。さらに、前記ボディ本体２の内部には前記各センターダイアフラム室８ａ，８ｂと圧力センサ１２を接続する封入液回路１１（１１ａ，１１ｂ）が形成されている。圧力センサ１２としては、シリコン、サファイア等のダイアフラムを有するダイアフラム式圧力センサが用いられる。
【０００６】
このような構造からなる差圧発信器１において、高圧側の受圧ダイアフラム３と低圧側の受圧ダイアフラム４にプロセス流体の高圧ＨＰと低圧ＬＰを印加すると、受圧ダイアフラム３，４が変位し、その差圧（ＨＰ−ＬＰ）が封入液７を介して圧力センサ１２の半導体ダイアフラムに加えられる。このため、半導体ダイアフラムがその差圧に応じて歪み、この歪みを電気信号として取り出すことにより差圧が測定される。
【０００７】
高圧ＨＰ側の受圧ダイアフラム３に過大な圧力が加わったときは、受圧ダイアフラム３が低圧側に変位してボディ本体２の側面に着底するため、それ以上の封入液７の移動がなく、過大圧による圧力センサ１２の破損を防止することができる。同様に、低圧ＬＰ側の受圧ダイアフラム４に過大な圧力が加わったときは、受圧ダイアフラム４が高圧側に変位してボディ本体２の側面に着底するため、それ以上の封入液７の移動がなく、この場合も過大圧による圧力センサ１２の破損を防止することができる。
【０００８】
一方、この種の差圧発信器は、近年地球環境、取り扱いの容易さ、あるいは予備品、機種点数の削減などのために、測定範囲、使用温度範囲が広いものや、ボディの小さなものが要求される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記した通り、過大圧保護機構を備えた従来の差圧発信器１は、圧力センサ１２による測定範囲を超える過大な圧力が加わったときに過大圧保護機構が働くことにより圧力センサ１２の破損を防止するようにしている。しかしながら、周囲温度の変化により受圧ダイアフラム室５，６内の封入液７が膨張、収縮してその量が変化すると、過大圧保護機構が働き始めるときの圧力、すなわち過大圧保護機構の動作点（以下、Ｏ／Ｌ動作点という）も変化するという問題があった。
【００１０】
以下、Ｏ／Ｌ動作点の変化について説明する。
図９は従来装置における過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点を示す概念図で、縦軸は受圧ダイアフラム下の封入液移動量（またはセンサ出力）、横軸は差圧、Ｓ，Ｓ１　，Ｓ２　はそれぞれ温度が２５℃、２５＋ｔ℃、２５−ｔ℃のときのＯ／Ｌ動作点である。
Ｏ／Ｌ動作点は、受圧ダイアフラム室５または６内の封入液７の液量Ｖｂとセンターダイアフラム９のコンプライアンスΦｃによって定まる。このとき、温度をｔ℃とすると、Ｏ／Ｌ動作点は、
Ｐｔ＝Ｖｂ／Φｃ
で示される。
【００１１】
高温時においては熱膨張により封入液７の液量が常温時における液量よりも増大するため、受圧ダイアフラムを表面側が凸となるように変形させている。この状態で圧力が加わると受圧ダイアフラムの変位量が大きく、封入液７の移動量が多い。したがって、Ｏ／Ｌ動作点は大きくなる。一方、低温時においては熱収縮により封入液７の液量が常温時における液量よりも減少するため、受圧ダイアフラムを表面側が凹となるように変形させている。この状態で圧力が加わると受圧ダイアフラムの変位量が小さく、封入液の移動量が少ない。したがって、Ｏ／Ｌ動作点は小さくなる。なお、受圧ダイアフラム３，４のコンプライアンスΦｂがセンターダイアフラム９のコンプライアンスΦｃより十分に大きい（Φｂ≫Φｃ）ときは、Ｏ／Ｌ動作点には影響しない。
【００１２】
このため、過大圧保護機構を備えた従来の差圧発信器では、その仕様が使用温度範囲、測定レンジ、センサ耐圧等により制限を受ける。
【００１３】
また、従来の差圧発信器はＯ／Ｌ動作点の変動幅Ｗが広いため、発信器自体が大型化するという問題もあった。すなわち、温度変化による封入液の膨張、収縮によって受圧ダイアフラムが変形すると、Ｏ／Ｌ動作点の変動幅Ｗが広くなるため、封入液の最大液移動量（ダイアフラムの弾性域における変位量）Ｑｍａｘは多くなる。ダイアフラムの弾性域における変位量はダイアフラム径が大きいほど多くなるため、封入液の最大液移動量が多いと、必然的に受圧ダイアフラムを大きくせざるを得ず、結果としてボディ本体２が大型化し、発信器の小型化に制約を受ける。
【００１４】
本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、過大圧保護機構の温度変化によるＯ／Ｌ動作点の変動幅を狭くし、発信器の仕様（使用温度範囲、測定レンジ、センサ耐圧、ボディ本体のサイズ等）の制限を緩和し得るようにした差圧発信器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明は、受圧ダイアフラムを両側面に有するボディ本体の内部に内室を形成し、この内室を過大圧保護機構を構成するセンターダイアフラムによって二つのセンターダイアフラム室に画成し、前記各受圧ダイアフラムの内側に形成した受圧ダイアフラム室と前記センターダイアフラム室をそれぞれ接続するとともに、前記センターダイアフラム室とダイアフラム式圧力センサの室とを接続し、かつこれらの室に封入液を封入した差圧発信器において、前記各受圧ダイアフラム室にスペーサ装填用空間部をそれぞれ設け、これらのスペーサ装填用空間部に前記ボディ本体より線膨張係数が小さい材料によって形成したスペーサをそれぞれ配置したものである。
【００１６】
第２の発明は、受圧ダイアフラムを両側面に有するボディ本体の内部に内室を形成し、この内室を過大圧保護機構を構成するセンターダイアフラムによって二つのセンターダイアフラム室に画成し、前記各受圧ダイアフラムの内側に形成した受圧ダイアフラム室と前記センターダイアフラム室をそれぞれ接続するとともに、前記センターダイアフラム室とダイアフラム式圧力センサの室とを接続し、かつこれらの室に封入液を封入した差圧発信器において、前記各センターダイアフラム室にスペーサ装填用空間部をそれぞれ設け、これらのスペーサ装填用空間部に前記ボディ本体より線膨張係数が小さい材料によって形成したスペーサをそれぞれ配置したものである。
【００１７】
第３の発明は、二つのボディを互いに接合して形成したボディ本体を備え、前記各ボディの側面に受圧ダイアフラムをそれぞれ設け、前記二つのボディの接合面間に形成した内室を過大圧保護機構を構成するセンターダイアフラムによって二つのセンターダイアフラム室に画成し、前記各受圧ダイアフラムの内側に形成した受圧ダイアフラム室と前記二つのセンターダイアフラム室をそれぞれ接続するとともに、前記センターダイアフラム室とダイアフラム式圧力センサの室とを接続し、かつこれらの室に封入液を封入した差圧発信器において、前記一方のボディの受圧ダイアフラム室と、他方のボディのセンターダイアフラム室にスペーサ装填用空間部をそれぞれ設け、これらのスペーサ装填用空間部に前記ボディ本体より線膨張係数が小さい材料によって形成したスペーサをそれぞれ配置したものである。
【００１８】
第４の発明は、受圧ダイアフラムを両側面に有するボディ本体の内部に内室を形成し、この内室を過大圧保護機構を構成するセンターダイアフラムによって二つのセンターダイアフラム室に画成し、前記各受圧ダイアフラムの内側に形成した受圧ダイアフラム室と前記センターダイアフラム室をそれぞれ接続するとともに、前記センターダイアフラム室とダイアフラム式圧力センサの室とを接続し、かつこれらの室に封入液を封入した差圧発信器において、前記圧力センサを封入液が封入された金属製の容器内に配置して二つのセンサ室に仕切り、各センサ室にスペーサ装填用空間部をそれぞれ設け、これらのスペーサ装填用空間部に前記容器より線膨張係数が小さい材料によって形成したスペーサをそれぞれ配置したものである。
【００１９】
第５の発明は、上記第１、第２、第３または第４の発明において、前記スペーサをスペーサ装填用空間部に適宜な隙間を保って配置したものである。
【００２０】
第６の発明は、上記第１、第２または第３の発明において、前記スペーサを線膨張係数がボディ本体の線膨張係数より１／５以下の材料によって形成したものである。
【００２１】
第７の発明は、上記第４の発明において、前記スペーサを線膨張係数が容器の線膨張係数より１／５以下の材料によって形成したものである。
【００２２】
第１〜第５の発明においては、線膨張係数が小さい材料からなるスペーサをスペーサ装填用空間部内に配置しているので、封入液の量は僅かに増大するものの見かけ上は殆ど変わらない。温度上昇によってボディ本体が熱膨張すると、スペーサ装填用空間部も熱膨張して広がる。このとき、スペーサも熱膨張するが、スペーサ装填用空間部の熱膨張に比べて膨張量が少ないため、スペーサ装填用空間部とスペーサとの間の隙間は温度が変化する以前よりも拡大する。この隙間に入っている封入液も熱膨張するが、その量はきわめて僅かであるため前記隙間の熱膨張量よりきわめて少ない。このため、室内の封入液の一部は熱膨張した隙間に入り込む。したがって、温度上昇によって封入液が熱膨張しても室内全体の封入液の量の変化は小さく、過大圧保護機構の温度変化によるＯ／Ｌ動作点の変動を小さく抑えることができる。一方、温度下降時においてはボディ本体とスペーサが収縮するため、上記とは逆に隙間が縮小して当該隙間内の封入液の一部を室内に送り込む。したがって、このときも封入液の量の変化は小さく、Ｏ／Ｌ動作点の変動を小さく抑えることができる。
【００２３】
第６および第７の発明においては、スペーサの線膨張係数がボディ本体または金属製容器の線膨張係数より十分に小さいので、スペーサを用いない場合に比べて過大圧保護機構の温度変化によるＯ／Ｌ動作点の変動を十分に小さくすることができる。
線膨張係数が小さい材料としては、セラミックス、チタン酸アルミニウム等が用いられる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る差圧発信器の第１の実施の形態を示す断面図である。同図において、全体を符号２０で示す差圧発信器は、金属製のボディ本体２１と、ボディ本体２１の両側面（測圧面）２２，２３にそれぞれ取付けられた左右一対のカバー部材２４，２４と、ボディ本体２１の上方にネック部２５を介して設けられた電気信号変換部２６等で構成されている。
【００２５】
前記ボディ本体２１は、ＳＵＳ３１６等によって円板状に形成された２つのボディ２１Ａ，２１Ｂを電子ビーム溶接等によって一体的に接合することにより形成されており、両側面２２，２３に受圧ダイアフラム２７，２８がそれぞれ取付けられている。受圧ダイアフラム２７，２８は、通常ステンレスなどの薄膜状金属板を塑性加工することで円板状に形成され、外周縁部（固定部）がボディ本体２１の各側面２２，２３にそれぞれ溶接によって固定されている。受圧ダイアフラム２７，２８の加工形成に際しては、圧力を受ける受圧部、すなわち前記各側面２２，２３に溶接される外周縁部（固定部）より内側部分に波形の襞を同心円状に付けることで、受圧ダイアフラム２７，２８の荷重−弾性変形特性における線形域を広くしている。
【００２６】
前記ボディ本体２１の各側面２２，２３で各受圧ダイアフラム２７，２８の受圧部と対向する部分には、これらダイアフラムと同形の円形の凹部３０，３１がそれぞれ形成されており、これらの凹部３０，３１と前記受圧ダイアフラム２７，２８の間の空間が受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂをそれぞれ形成している。
【００２７】
また、ボディ本体２１の内部中央、すなわち前記２つのボディ２１Ａ，２１Ｂの接合面間には内室３４が形成されており、この内室３４を前記受圧ダイアフラム２７，２８とともに過大圧保護機構を構成するセンターダイアフラム３５によって高圧側と低圧側の２つの室、すなわち高圧側のセンターダイアフラム室３４ａと低圧側のセンターダイアフラム室３４ｂとに仕切っている。センターダイアフラム３５は、外周縁部（固定部）が溶接によってボディ２１Ａ，２１Ｂの接合面に挟持されて溶接され、外周縁部より内側部分が受圧部を形成している。この受圧部には、前記受圧ダイアフラム２７，２８の受圧部と同様に波形の襞が同心円状に形成されている。前記各センターダイアフラム室３４ａ，３４ｂの内壁面３６ａ，３６ｂには、センターダイアフラム３５と同形の波形の襞がそれぞれ同心円状に形成されている。なお、本実施の形態においては、前記受圧ダイアフラム２７，２８、センターダイアフラム３５とボディ本体２１に同心円状の波形の襞をそれぞれ形成したが、これらの襞は必ずしも必要ではない。
【００２８】
前記ボディ本体２の各側面２２，２３と各受圧ダイアフラム２７，２８との間に形成された前記各受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂと、前記センターダイアフラム室３４ａ，３４ｂは、ボディ２１Ａ，２１Ｂ内に形成した連通路３９ａ，３９ｂによってそれぞれ連通している。また、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ、センターダイアフラム室３４ａ，３４ｂおよび連通路３９ａ，３９ｂには、各ボディ２１Ａ，２１Ｂに設けた封入液封入用孔４０，４０から圧力伝達媒体であるシリコーンオイル等の封入液４１，４１がそれぞれ封入されている。各封入液封入用孔４０は、ボール４２によってそれぞれ封止され、このボール４２の抜けを止めねじ４３によって防止している。
【００２９】
前記各カバー部材２４は、裏面外周縁部がシール部材４４を介して前記ボディ本体２１の側面２２，２３の外周縁部にそれぞれ密接され、複数本のボルト４５およびナット４６によって共締め固定されている。また、各カバー部材２４の中央には、被測定流体４７をボディ本体２１の受圧ダイアフラム２７，２８に導く流体導入口４８がそれぞれ表裏面に貫通して形成されている。
【００３０】
さらに、前記ボディ本体２１の内部には、封入液回路５１（５１ａ，５１ｂ）が形成されている。この封入液回路５１は、一端が一方のボディ２１Ａのダイアフラム座３６ａに開口して前記センターダイアフラム室３４ａと連通し、他端が他方のボディ２１Ｂのダイアフラム座３６ｂに開口してセンターダイアフラム室３４ｂと連通し、中間部が前記ボディ本体２１のネック部２５内に組み込まれたダイアフラム式の圧力センサ５２によって２つの回路に仕切られている。
【００３１】
前記ネック部２５は、それぞれＳＵＳ等の金属によって形成され前記ボディ本体２１の上面に溶接によって一体的に接合された外筒６０および内筒６１とからなり、これらによって前記圧力センサ５２を収納する金属製の容器６５を形成している。
【００３２】
前記圧力センサ５２は、前記内筒６１の凹陥部６１ａ内に配設されたパイレックス（登録商標）ガラス等の基台６６と、この基台６６の下面に外周縁部が接合されたシリコン、サファイア等からなるセンサダイアフラム６７とを備え、このセンサダイアフラム６７によって前記凹陥部６１ａの内部を二つのセンサ室、すなわちセンサダイアフラム６７の下側と上側の室６８Ａ，６８Ｂに仕切っている。下側のセンサ室６８Ａは、前記封入液回路５１ａに連通している。上側のセンサ室６８Ｂは、前記基台６６に貫通形成した貫通孔６６ａと前記内筒６１内に形成した連通孔６１ｂと、前記外筒６０と内筒６１との間に形成した環状溝６８を介して前記封入液回路５１ｂに連通している。したがって、センサダイアフラム６７の中央に設けたダイアフラム部の下面側には、前記受圧ダイアフラム２７に加えられる高圧ＨＰが、受圧ダイアフラム室３２ａ、連通路３９ａ、センターダイアフラム室３４ａ、封入液回路５１ａおよびセンサ室６８Ａ内の封入液４１を介して加えられ、ダイアフラム部の上面側には、前記受圧ダイアフラム２８に加えられる低圧ＬＰが、受圧ダイアフラム室３２ｂ、連通路３９ｂ、センターダイアフラム室３４ｂ、封入液回路５１ｂ、連通路６１ｂ、貫通孔６６ａおよびセンサ室６８Ｂ内の封入液４１を介して加えられている。そして、前記センサダイアフラム６７のいずれか一方の面には、ピエゾ抵抗領域として作用する図示しない４つの拡散ゲージが不純物の拡散またはイオンの打ち込み技術によって形成されており、これらの拡散ゲージは、ホイールストーンブリッジを形成し、リード線６２およびリードピン６３によって電気回路に接続されている。このような圧力センサ５２としては、ピエゾ抵抗式に限らず、キャパシタンス式のものであってもよい。なお、６４はリードピン６３を内筒６１から絶縁するハーメチックシールである。
【００３３】
前記各ボディ２１Ａ，２１Ｂの受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂには、スペーサ装填用空間部７０，７１がそれぞれ形成されている。これらのスペーサ装填用空間部７０，７１は、前記各ボディ２１Ａ，２１Ｂの受圧ダイアフラム２７，２８が着底する着底面の中央に形成した同一の大きさの凹陥部からなり、スペーサ７２ａ，７２ｂがそれぞれ収納配置されている。
【００３４】
前記スペーサ７２ａ，７２ｂは、その線膨張係数をαｃ、ボディ本体２１、受圧ダイアフラム２７，２８の線膨張係数をαｓ、封入液４１の体膨張係数をαｆとすると、αｆ≫αｓ≫αｃの条件を満たす、線膨張係数がきわめて小さい材料（以下、低熱膨張材料ともいう）によって略同一の大きさに形成され、前記スペーサ装填用空間部７０，７１にそれぞれ嵌挿され、ボルト、かしめ固定等の適宜な固定手段によって固定されている。また、スペーサ７２ａ，７２ｂは、前記スペーサ装填用空間部７０，７１より若干小さく形成されることにより、スペーサ装填用空間部７０，７１の内壁との間に環状の適宜な隙間７４ａ，７４ｂをそれぞれ形成しており、表面がスペーサ装填用空間部７０，７１を形成しない場合におけるボディ２１Ａ，２１Ｂの側面と同一面を形成している。このため、各受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂは、前記隙間７４ａ，７４ｂの容積分だけ従来の受圧ダイアフラム室より大きく形成されている。また、当然のことながら、各受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂに封入される封入液４１の量も前記隙間７４ａ，７４ｂの容積分だけ従来の封入液量より増加している。
【００３５】
前記スペーサ７２ａ，７２ｂの材料としては、線膨張係数αｃが前記ボディ本体２１の線膨張係数αｓの１／５以下、好ましくは１／１０以下で、さらに好ましくは線膨張係数αｃがマイナスのセラミックス、金属等によって形成されている。なお、スペーサ７２ａ，７２ｂとしては、ボディ２１Ａ，２１Ｂに対する容積比が大きいことが好ましい。
【００３６】
低熱膨張材料としては、シリコン（線膨張係数：２．５４ｐｐｍ／Ｋ　）、チタン酸アルミニウム（線膨張係数：−０．８ｐｐｍ／Ｋ　）、インバー（線膨張係数：１．２ｐｐｍ／Ｋ　）等が用いられる。
【００３７】
このような構造からなる差圧発信器２０において、被測定流体４７の高圧ＨＰと低圧ＬＰを受圧ダイアフラム２７，２８にそれぞれ加えると、両ダイアフラム２７，２８および受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１を介してセンターダイアフラム３５に伝達される。このため、センターダイアフラム３５はその差圧（ＨＰ−ＬＰ）に応じて変位し、この変位が封入液４１を介して圧力センサ５２のセンサダイアフラム６７の両面に加えられる。このため、センサダイアフラム６７は前記差圧（ＨＰ−ＬＰ）に応じて歪み、その歪み量が電気信号に変換され、演算処理されることにより、被測定流体４７の圧力、液面高さ等が測定される。
【００３８】
測定に当たっては、低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを各ボディ２１Ａ，２１Ｂの受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂに配置しているので、過大圧保護機構の温度変化によるＯ／Ｌ動作点の変動幅を小さくすることができる。
【００３９】
図２は本発明における過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点を示す概念図で、縦軸は受圧ダイアフラム下の封入液移動量（またはセンサ出力）、横軸は差圧、Ｓ，Ｓ１　，Ｓ２　はそれぞれ２５℃、２５＋ｔ℃、２５−ｔ℃での過大圧保護機構が働き始める点である。
低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを用いた本発明に係る差圧発信器においては、上記した通り温度変化による封入液の膨張収縮量が少ないため、図２から明らかなように温度変化による過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点Ｓ，Ｓ１　，Ｓ２　の変動幅Ｗｏは、図９に示す従来装置におけるＯ／Ｌ動作点Ｓ，Ｓ１　，Ｓ２　の変動幅Ｗより小さくなる。
【００４０】
ここで、図２（ａ）は２５℃におけるＯ／Ｌ動作点（Ｓ）が従来と同じとした場合の過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点を示す図であり、この図から明らかなように、測定範囲Ａａは図９に示す従来装置における測定範囲Ａよりも広くなり、センサ耐圧Ｂａは従来装置におけるセンサ耐圧Ｂよりも小さくてよい。また、封入液の最大液移動量Ｑａｍａｘも少なくなる。したがって、変位量が少ない小径の受圧ダイアフラム２７，２８を用いることが可能で、ボディ本体２、ひいては発信器自体を小型化することができる。
【００４１】
さらに、図２（ｂ）は測定範囲Ａが従来と同じとした場合の過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点を示す図であり、この図から明らかなように、センサ耐圧Ｂｂは上記図２（ａ）の場合のセンサ耐圧Ｂａよりもさらに小さくてよい。また、封入液の最大液移動量Ｑｂｍａｘもさらに少なくなり、発信器の小型化がさらに可能となる。
以下、本発明の原理を説明する。
【００４２】
〔従来装置〕
周囲温度が常温よりも高くなると、その温度上昇に比例して高圧ＨＰ側のボディ２１Ａ、受圧ダイアフラム２７および封入液４１が熱膨張する。このとき、スペーサ７２ａを備えない従来の差圧発信器においては、αｆ≫αｓにより封入液４１の熱膨張による増加量Ｑ１はボディ２１Ａと受圧ダイアフラム２７とからなる容器の熱膨張による容積増加量Ｑ２に比べて大きいため、封入液４１の液量Ｖｂが常温時における液量よりも増大する。したがって、受圧ダイアフラム２７は表面側が凸となるように弾性変形する。
【００４３】
このとき、周囲温度の上昇に比例して低圧ＬＰ側のボディ２１Ｂ、受圧ダイアフラム２８および封入液４１も高圧側と全く同様に熱膨張するため、受圧ダイアフラム２８を表面側が凸となるように弾性変形させる。
【００４４】
この状態で、高圧ＨＰ側の受圧ダイアフラム２７に圧力が加わると、受圧ダイアフラム２７は低圧ＬＰ側に変位する。このときの受圧ダイアフラム２７のボディ２１Ａの側面に着底するまでの変位量は、上記した通り熱膨張により凸状に膨らんでいることから大きく、封入液４１の移動量も多い。したがって、過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点も受圧ダイアフラム２７の変形方向に変動し、常温時よりも大きくなる（図９参照）。
【００４５】
周囲温度が常温より高くなった状態で低圧ＬＰ側の受圧ダイアフラム２８に圧力が加わったときは、上記とは反対に低圧側の受圧ダイアフラム２８が高圧ＨＰ側に変位する。このときの受圧ダイアフラム２８のボディ２１Ｂの側面に着底するまでの変位量は、上記した通り熱膨張により凸状に膨らんでいることから大きく、封入液４１の移動量も多い。したがって、このときも過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点が受圧ダイアフラム２８の変形方向に変動し、常温時よりも大きくなる。
【００４６】
〔本発明装置〕
受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂにスペーサ装填用空間部７０，７１を設け、これらのスペーサ装填用空間部７０，７１に低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを配置し、微小な隙間７４ａ，７４ｂを形成しておくと、周囲温度が上昇したとき、スペーサ装填用空間部７０，７１はボディ２１Ａ，２１Ｂとともに熱膨張し、図１に２点鎖線で示すように拡大し、隙間７４ａ，７４ｂの寸法がｄからｄ’に増大する。
【００４７】
一方、スペーサ７２ａ，７２ｂは線膨張係数αｃがボディ２１Ａ，２１Ｂの線膨張係数αｓに比べて十分に小さいため（αｓ≫αｃ）、その体積増加量Ｑ３はスペーサ装填用空間部７０，７１の熱膨張による容積増加量Ｑ４に比べて小さい（Ｑ３＜Ｑ４）。このため、容積増加量Ｑ４と体積増加量Ｑ３の差分だけ受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１が熱膨張した隙間７４ａ，７４ｂに入り込む。したがって、温度上昇によって受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１が熱膨張しても、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１の液量増加はスペーサ７２ａを備えない従来の差圧発信器に比べて少ない。言い換えれば、低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを用いることで、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１の熱膨張量を見かけ上少なくすることができる。このため、受圧ダイアフラム２７，２８の表面側に凸状に変化する変化量は、高温時の従来装置に比べて小さく、圧力が加わったときの最大変位量（ボディ側面に接触するまでの変位量）が小さい。したがって、温度変化による過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点の変動は従来装置に比べて小さい（図２）。
【００４８】
周囲温度が常温よりも低温になったときは、ボディ２１Ａ，２１Ｂ、受圧ダイアフラム２７，２８、スペーサ７２ａ，７２ｂおよび封入液４１は収縮するが、αｆ≫αｓ≫αｃであるため、上記した昇温時とは反対に受圧ダイアフラム２７，２８は裏面側に凸となるように変形する。このとき、隙間７４ａ，７４ｂは収縮量が大きく狭くなるため、内部の封入液の一部が排出され受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂに送り込まれる。したがって、このときも受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液の量はスペーサを備えない従来装置に比べて大きく変化せず、過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点の変動を小さくすることができる。
【００４９】
この場合、スペーサ装填用空間部７０，７１およびスペーサ７２ａ，７２ｂが小さいときは、温度上昇による隙間７４ａ，７４ｂの容積増加量が小さいため、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１の隙間７４ａ，７４ｂへの移動量が少なく、受圧ダイアフラム２７，２８の変形を抑える効果は小さいが、スペーサ装填用空間部７０，７１とスペーサ７２ａ，７２ａを徐々に大きくしていくと、ある大きさで前記容積増加量Ｑ４と体積増加量Ｑ３の差（Ｑ４−Ｑ３）と、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１の熱膨張による体積増加量Ｑ５とが略等しくなる。したがって、この場合は、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の圧力が常温時に比べて殆ど変化しない。これよりもさらにスペーサ装填用空間部７０，７１とスペーサ７２ａ，７２ｂを大きくしていくと、前記容積増加量Ｑ４と体積増加量Ｑ３の差（Ｑ４−Ｑ３）は受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１の体積増加量Ｑ５よりも大きくなるため、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の圧力Ｐが反対にその差に応じた圧力だけ減少し、受圧ダイアフラム２７，２８を裏面側に凸となるように弾性変形させる。したがって、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂの内圧が変化しないように、ボディ２１Ａ，２１Ｂ、受圧ダイアフラム２７，２８の材質、線膨張係数αｓ、封入液４１の体膨張係数αｆに応じて、スペーサ装填用空間部７０，７１、スペーサ７２ａ，７２ｂおよび隙間７４ａ，７４ｂの大きさを決定すれば、過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点を略一定にすることができる。なお、温度下降時についても同様である。
【００５０】
このように、過大圧保護機構の温度変化によるＯ／Ｌ動作点の変動は、低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂに配置することで小さくすることができる。また、スペーサ７２ａ，７２ｂのボディ２１Ａ，２１Ｂに対する割合は、大きい程効果が大である。さらに、スペーサ７２ａ，７２ｂの線膨張係数αｃは小さい程効果が大きく、線膨張係数αｃがマイナスの材料であればさらに効果大である。
【００５１】
次に、Ｏ／Ｌ動作点の変動幅が小さくなる効果を数式によって説明する。
（Ａ）低熱膨張材料からなるスペーサを備えない従来品の場合
２５℃における高圧ＨＰ側（または低圧ＬＰ側）受圧ダイアフラム室３２ａの容積をＶｂ、前記受圧ダイアフラム室３２ａ以外の高圧側容積をＶｓ、高圧側における封入液４１の全量をＶｂ＋Ｖｓ、ボディ２１Ａの体膨張係数を３αｓ（αｓ：線膨張係数）、封入液４１の体膨張係数をαｆ、受圧ダイアフラム２７のコンプライアンスをΦＢ　、センターダイアフラム３５のコンプライアンスをΦｃとすると、ΦＢ≫Φｃのとき
２５℃でのＯ／Ｌ動作点（Ｓ）は、
Ｐ_２５＝Ｖｂ／Φｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
で示される。
【００５２】
温度がｄｔ℃変化したときのＯ／Ｌ動作点変化は
ｄＰｔ＝｛（Ｖｂ＋Ｖｓ）（１＋αｆ・ｄｔ）−（Ｖｂ＋Ｖｓ）（１＋３αｓ　・ｄｔ）｝／Φｃ
＝（Ｖｂ＋Ｖｓ）（αｆ−３αｓ）ｄｔ／Φｃ
となる。
ここで、αｆ＝１×１０^−３（シリコーンオイルの概略値）
３αｓ＝５×１０^−５（ＳＵＳ３１６の概略値）
Ｖｂ＝５００ｍｍ^３
Ｖｓ＝１０００ｍｍ^３
Φｃ＝５ｍｍ^３／ｋＰａ
とすると
ｄＰｔ＝（１５００）（１×１０^−３−５×１０^−５）・ｄｔ／５
＝０．２８５・ｄｔ（ｋＰａ）　　　　　　　・・・（２）
すなわち
▲１▼　２５℃のとき：（１）式より　Ｐ_２５＝１００ｋＰａにてＯ／Ｌ動作
▲２▼　２５±５０℃のとき　：（２）式よりｄＰ_５０＝１４．２５ｋＰａ
∴Ｐ_{２５−５０}＝Ｐ_２５−ｄＰ_５０＝８５．７５ｋＰａ
（−２５℃のとき）とＰ_{２５＋５０}＝Ｐ_２５＋ｄＰ_５０
＝１１４．２５ｋＰａ（７５℃のとき）にてＯ／Ｌ動作
【００５３】
（Ｂ）低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａを備えた本発明の場合
２５℃における高圧側（または低圧側）受圧ダイアフラム室３２ａの容積をＶｂ、前記受圧ダイアフラム室３２ａ以外の高圧側容積をＶｓ、スペーサ７２ａの体積をＶｃ、高圧側における封入液４１の全量Ｖｆ＝Ｖｂ＋Ｖｓ−Ｖｃ、ボディ２１Ａの体膨張係数を３αｓ（αｓ：線膨張係数）、封入液４１の体膨張係数をαｆ、スペーサ７２ａの体膨張係数を３αｃ（αｃ：線膨張係数）、受圧ダイアフラム２７のコンプライアンスをΦＢ　、センターダイアフラム３５のコンプライアンスをΦｃとすると、ΦＢ≫Φｃのとき
２５℃でのＯ／Ｌ動作点は、
Ｐ_２５＝Ｖｂ／Φｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（３）
【００５４】
受圧ダイアフラム室３２ａの容積変化：ｄＶｂ＝３αｓ・Ｖｂ・ｄｔ
受圧ダイアフラム室３２ａ以外の高圧側容積の変化：ｄＶｓ＝３αｓ・Ｖｓ・ｄｔ
スペーサ７２ａの体積変化：ｄＶｃ＝３αｃ・Ｖｃ・ｄｔ
封入液量の変化：ｄＶｆ＝αｆ・Ｖｆ・ｄｔ
【００５５】
受圧ダイアフラム室３２ａの封入液４１の液量変化ｄＶは
ｄＶ＝封入液量変化−封入液を入れる容積変化
＝ｄＶｆ−（ｄＶｂ＋ｄＶｓ−ｄＶｃ）
＝αｆ・Ｖｆ・ｄｔ−（３αｓ・Ｖｂ・ｄｔ＋３αｓ・Ｖｓ・ｄｔ−３αｃ・Ｖｃ・ｄｔ）
ここで、Ｖｆ＝Ｖｂ＋Ｖｓ−Ｖｃを代入すると
ｄＶ＝ｄｔ｛（Ｖｂ＋Ｖｓ）（αｆ−３αｓ）−Ｖｃ（αｆ−３αｃ）｝・・・（４）
となる。
【００５６】
ここで、αｆ＝１×１０^−３（シリコーンオイルの概略値）
３αｓ＝５×１０^−５（ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４等オーステナイト系ステンレスの概略値）
３αｃ＝０（線膨張係数は略零のセラミックスを用いる）
Ｖｂ＝５００ｍｍ^３
Ｖｓ＝１２０００ｍｍ^３
Ｖｃ＝１１０００ｍｍ^３
Φｃ＝５ｍｍ^３／ｋＰａ
とすると
（４）式は
ｄＶ＝ｄｔ｛１２５００×９５×１０^−５−１１００×１０^−３｝
＝０．８７５・ｄｔ
したがって、温度がｄｔ℃変化したときのＯ／Ｌ動作点の変化ｄＰｔは
ｄＰｔ＝ｄＶ／Φｃ＝０．８７５・ｄｔ／５
＝０．１７５・ｄｔ（ｋＰａ）　　　　　　　　　　　・・・（５）
となる。この値は従来装置の（２）式の約６０％に相当し、約４０％の改善が図れる。
すなわち、
▲１▼　２５℃のとき：（３）式よりＰ_２５＝１００ｋＰａ
▲２▼２５±５０℃のとき：（５）式よりｄＰ_５０＝８．７５ｋＰａ
∴Ｐ_{２５−５０}＝Ｐ_２５−ｄＰ_５０＝９１．２５ｋＰａ
（−２５℃のとき）とＰ_{２５＋５０}＝Ｐ_２５＋ｄＰ_５０
＝１０８．７５ｋＰａ（７５℃のとき）にてＯ／Ｌ動作
したがって、２５±５０℃のときはスペーサ７２ａを備えない従来装置に比べて５．５ｋＰａ改善される。
【００５７】
なお、Ｏ／Ｌ動作点の変化：ｄＰｔ＝０になるなるように設計するにはｄＶ＝０とすればよく、ｄＶ＝０とするには、（４）式より以下の条件を満たせばよいことになる。
（Ｖｂ＋Ｖｓ）（αｆ−３αｓ）−Ｖｃ（αｆ−３αｃ）＝０
すなわち、
Ｖｃ／（Ｖｂ＋Ｖｓ）＝（αｆ−３αｓ）／（αｆ−３αｃ）　・・・（６）
以下、具体例を示す。
今、αｆ＝１×１０^−３
３αｓ＝５×１０^−５
３αｃ＝０
Ｖｂ＝５００ｍｍ^３
Ｖｓ＝Ｖｃ＋１０００ｍｍ^３（設計条件としてＶｂ以外の高圧側容積はＶｃより１０００ｍｍ^３大きいことが必要と仮定）
として（６）式を解くと
Ｖｃ＝２８５００ｍｍ^３
Ｖｓ＝２９５００ｍｍ^３
となり、このときｄＶ＝０となる。
つまり、このような条件を満たすように設計したスペーサ７２ａを備えれば、温度が変化してもＯ／Ｌ動作点が変動しないようにすることができるのである。
【００５８】
図３は本発明の第２の実施の形態を示す概略断面図である。
この実施の形態は、低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂに配置する代わりにセンターダイアフラム室３４ａ，３４ｂにそれぞれ配置したものである。この場合も各センターダイアフラム室３４ａ，３４ｂにスペーサ装填用空間部９１ａ，９１ｂを形成し、これらのスペーサ装填用空間部９１ａ，９１ｂにスペーサ７２ａ，７２ｂをそれぞれ適宜な隙間９２を保って配置すればよい。
【００５９】
このような構造においても、温度が変化したとき、センターダイアフラム室３４ａ，３４ｂ内の封入液の量の変化を少なくすることができるので、上記した実施の形態と同様な効果が得られることは明らかであろう。
【００６０】
図４は本発明の第３の実施の形態を示す概略断面図である。
この実施の形態は、図１に示した実施の形態と図３に示した実施の形態を組合わせたもので、低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂとセンターダイアフラム室３４ａ，３４ｂに形成したスペーサ装填用空間部７０，７１，９１ａ，９１ｂにそれぞれ適宜な隙間７４ａ，７４ｂ，９２，９２を保ってそれぞれ配置したものである。
【００６１】
このような構造においては、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂとセンターダイアフラム室３４ａ，３４ｂの温度上昇に伴う封入液の量の変化を同時に抑えることができるため、温度変化によるＯ／Ｌ動作点の変動をより一層小さくするができる。
【００６２】
図５は本発明の第４の実施の形態を示す概略断面図である。
この実施の形態は、高圧側の受圧ダイアフラム室３２ａと低圧側のセンターダイアフラム室３４ｂに、スペーサ装填用空間部７０，９１ｂをそれぞれ形成し、これらの空間部７０，９１ｂに低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを適宜な隙間７４ａ，９２を保って配置したものである。
【００６３】
図６は本発明の第５の実施の形態を示す概略断面図である。
この実施の形態は、高圧側のセンターダイアフラム室３４ａと低圧側の受圧ダイアフラム室３２ｂに、スペーサ装填用空間部９１ａ，７１をそれぞれ形成し、これらの空間部９１ａ，７１に低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを適宜な隙間９２，７４ｂを保って配置したものである。
【００６４】
図５および図６に示した実施の形態においても、上記した第１〜第４の実施の形態と同様な効果が得られることは明らかであろう。
この場合、第１〜第４の実施の形態においては、高圧側と低圧側のボディ２１Ａ，２１Ｂを左右対称に製作することが可能であるため、第５、第６の実施の形態に比べて安価に製作することができる利点がある。
【００６５】
図７は本発明の第６の実施の形態を示す概略断面図である。
この実施の形態は、圧力センサ５２を収納する容器６５内に低熱膨張材料からなるスペーサ１０１，１０２を配置したものである。このため、外筒６０と内筒６１の接液面にスペーサ装填用空間部１００ａ，１００ｂをそれぞれ形成し、これらの空間部１００ａ，１００ｂに前記スペーサ１０１，１０２を適宜な隙間を保ってそれぞれ配置している。この場合は、金属製容器６５の線膨張係数より十分に小さい線膨張係数を有するスペーサを用いればよい。その他の構造は図１に示した構造と同一であるため、同一構成部材のものについては同一符号をもって示し、その説明を省略する。
【００６６】
このような構造においては、ボディ本体２１のサイズが小さいものに適用して有効である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る差圧発信器は、低熱膨張材料からなるスペーサを封入液が封入されている室に配置したので、見かけ上封入液の熱膨張を少なくすることができる。その結果として、温度変化による過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点の変動を小さくすることができ、発信器の使用温度範囲、測定レンジ、センサ耐圧、ボディ本体のサイズ等が受ける制約を緩やかにすることができる。また、構造が簡単で、安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る差圧発信器の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明のＯ／Ｌ動作点を示す概念図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態を示す断面図である。
【図８】差圧発信器の従来例を示す断面図である。
【図９】従来装置のＯ／Ｌ動作点を示す概念図である。
【符号の説明】
２０…差圧発信器、２１…ボディ本体、２１Ａ，２１Ｂ…ボディ、２７，２８…受圧ダイアフラム、３２ａ，３２ｂ…受圧ダイアフラム室、３４…内室、３４ａ，３４ｂ…センターダイアフラム室、３５…センターダイアフラム、３９ａ，３９ｂ…連通路、５１…封入液回路、５２…圧力センサ、６５…容器、６７…センサダイアフラム、７０，７１…スペーサ装填用空間部、７２ａ，７２ｂ…スペーサ、７４ａ，７４ｂ…隙間。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a differential pressure transmitter used in various plants such as petrochemical, chemical industry, electric power, gas, food, steel and the like, and more particularly to a differential pressure transmitter having an overpressure protection mechanism.
[0002]
[Prior art]
The differential pressure transmitter is configured to guide each measurement pressure applied to the high-pressure side and the low-pressure side pressure-receiving diaphragm to the semiconductor pressure sensor by using a sealed liquid as a pressure transmission medium, convert the distortion into an electric signal, and take out the distortion. It is used, for example, when measuring a liquid level by detecting a differential pressure between upper and lower positions in a closed tank storing a fluid to be measured such as a high-temperature reaction tower in a petroleum refining plant (for example, (See Patent Documents 1, 2, and 3.)
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-198519 (pages 2 to 3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-4-320939 (pages 2 to 3, FIGS. 1 and 3)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. 3-74782 (pages 1 to 3, FIGS. 1 and 2)
[Patent Document 4]
JP-A-6-82326 (pages 2 to 3, FIG. 8)
[0004]
This type of differential pressure transmitter generally has an overpressure protection mechanism in order to prevent the pressure sensor from being damaged when a pressure exceeding the pressure resistance of the pressure sensor is applied. The overpressure protection mechanism is composed of a pressure receiving diaphragm provided on each side surface of the body main body, and a center diaphragm provided by dividing the inner chamber of the body main body into a high pressure side and a low pressure side center diaphragm chamber. When the pressure is applied, the pressure receiving diaphragm is settled on the side surface of the body to prevent an excessive pressure from being applied to the pressure sensor. That is, when an excessive pressure is applied to the high pressure side, the high pressure side pressure receiving diaphragm is settled on the body main body to restrict the movement of the high pressure side sealed liquid, and when an excessive pressure is applied to the low pressure side, the low pressure side is applied. The pressure receiving diaphragm of the first embodiment is attached to the body to limit the movement of the low pressure side sealed liquid, thereby preventing an excessive pressure from being applied to the pressure sensor.
[0005]
FIG. 8 shows a conventional standard type differential pressure transmitter disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-198519. This differential pressure transmitter 1 forms a body main body 2 by joining two bodies 2A and 2B. The pressure receiving diaphragms 3 and 4 for measuring pressure are provided on the side surfaces of the bodies 2A and 2B, respectively, and the spaces between the pressure receiving diaphragms 3 and 4 and the bodies 2A and 2B are transmitted as pressure receiving diaphragm chambers 5 and 6, respectively. A sealing liquid 7 such as silicone oil is sealed as a medium. Further, an inner chamber 8 is formed between the joint surfaces of the two bodies 2A, 2B, and the inner chamber 8 is formed by the center diaphragm 9 constituting an overpressure protection mechanism together with the pressure receiving diaphragms 3, 4 into two center diaphragm chambers 8a, 8b. The center diaphragm chambers 8a and 8b are communicated with the pressure receiving diaphragm chambers 5 and 6 via communication passages 10a and 10b, respectively. Further, a sealed liquid circuit 11 (11a, 11b) connecting the center diaphragm chambers 8a, 8b and the pressure sensor 12 is formed inside the body main body 2. As the pressure sensor 12, a diaphragm pressure sensor having a diaphragm such as silicon or sapphire is used.
[0006]
In the differential pressure transmitter 1 having such a structure, when the high pressure HP and the low pressure LP of the process fluid are applied to the high pressure side pressure receiving diaphragm 3 and the low pressure side pressure receiving diaphragm 4, the pressure receiving diaphragms 3 and 4 are displaced, and the difference therebetween is obtained. The pressure (HP-LP) is applied to the semiconductor diaphragm of the pressure sensor 12 via the filling liquid 7. For this reason, the semiconductor diaphragm is distorted according to the differential pressure, and the differential pressure is measured by extracting the distortion as an electric signal.
[0007]
When an excessive pressure is applied to the pressure receiving diaphragm 3 on the high pressure HP side, the pressure receiving diaphragm 3 is displaced to the low pressure side and settles on the side surface of the body main body 2, so that the filled liquid 7 does not move any more, and Damage to the pressure sensor 12 due to pressure can be prevented. Similarly, when an excessive pressure is applied to the pressure receiving diaphragm 4 on the low pressure LP side, the pressure receiving diaphragm 4 is displaced to the high pressure side and settles on the side surface of the body main body 2, so that the further movement of the filled liquid 7. In this case, too, it is possible to prevent the pressure sensor 12 from being damaged by excessive pressure.
[0008]
On the other hand, in recent years, this type of differential pressure transmitter has been required to have a wide measurement range and operating temperature range, and a small body in order to reduce the number of models and spare parts, as well as the global environment. Is done.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional differential pressure transmitter 1 provided with the overpressure protection mechanism prevents the pressure sensor 12 from being damaged by the overpressure protection mechanism acting when an excessive pressure exceeding the measurement range of the pressure sensor 12 is applied. I try to prevent it. However, when the amount of the sealed liquid 7 in the pressure receiving diaphragm chambers 5 and 6 expands and contracts due to a change in the ambient temperature and the amount thereof changes, the pressure at which the overpressure protection mechanism starts to work, that is, the operating point of the overpressure protection mechanism ( (Hereinafter referred to as O / L operating point).
[0010]
Hereinafter, a change in the O / L operating point will be described.
FIG. 9 is a conceptual diagram showing the O / L operating point of the overpressure protection mechanism in the conventional device, in which the vertical axis represents the amount of liquid transfer (or sensor output) below the pressure receiving diaphragm, and the horizontal axis represents the differential pressure, S, S1, S2. Are O / L operating points when the temperature is 25 ° C., 25 + t ° C., and 25-t ° C., respectively.
The O / L operating point is determined by the amount Vb of the filling liquid 7 in the pressure receiving diaphragm chamber 5 or 6 and the compliance Φc of the center diaphragm 9. At this time, if the temperature is t ° C., the O / L operating point is
Pt = Vb / Φc
Indicated by
[0011]
At a high temperature, the liquid volume of the sealing liquid 7 is larger than that at a normal temperature due to thermal expansion, so that the pressure receiving diaphragm is deformed so that the surface side becomes convex. When pressure is applied in this state, the amount of displacement of the pressure receiving diaphragm is large, and the amount of movement of the filled liquid 7 is large. Therefore, the O / L operating point increases. On the other hand, when the temperature is low, the liquid amount of the filling liquid 7 becomes smaller than the liquid amount at the normal temperature due to the heat shrinkage. Therefore, the pressure receiving diaphragm is deformed so that the surface side becomes concave. When pressure is applied in this state, the displacement of the pressure receiving diaphragm is small, and the displacement of the filled liquid is small. Therefore, the O / L operating point becomes smaller. When the compliance Φb of the pressure receiving diaphragms 3 and 4 is sufficiently larger than the compliance Φc of the center diaphragm 9 (Φb≫Φc), the O / L operating point is not affected.
[0012]
For this reason, in the conventional differential pressure transmitter provided with the overpressure protection mechanism, its specifications are limited by the operating temperature range, the measurement range, the sensor withstand pressure, and the like.
[0013]
Further, the conventional differential pressure transmitter has a problem that the transmitter itself becomes large because the variation width W of the O / L operating point is wide. That is, when the pressure receiving diaphragm is deformed due to expansion and contraction of the sealed liquid due to a temperature change, the fluctuation width W of the O / L operating point is widened, so that the maximum liquid movement amount of the sealed liquid (displacement amount in the elastic region of the diaphragm) Qmax is More. Since the amount of displacement of the diaphragm in the elastic range increases as the diameter of the diaphragm increases, if the maximum liquid movement amount of the filled liquid is large, the pressure receiving diaphragm must be inevitably increased, and as a result, the body 2 becomes larger, The size of the transmitter is limited.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to reduce the fluctuation range of an O / L operating point due to a temperature change of an overpressure protection mechanism, and to reduce the specification of a transmitter ( It is an object of the present invention to provide a differential pressure transmitter capable of relaxing restrictions on a use temperature range, a measurement range, a sensor pressure resistance, a size of a body main body, and the like.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, an inner chamber is formed inside a body having pressure receiving diaphragms on both sides, and the inner chamber is divided into two center diaphragm chambers by a center diaphragm constituting an overpressure protection mechanism. The pressure receiving diaphragm chamber formed inside each of the pressure receiving diaphragms and the center diaphragm chamber are respectively connected, and the center diaphragm chamber and the chamber of the diaphragm type pressure sensor are connected and sealed in these chambers. In the differential pressure transmitter in which the liquid is sealed, a spacer loading space is provided in each of the pressure receiving diaphragm chambers, and spacers formed of a material having a smaller linear expansion coefficient than the body main body are arranged in these spacer loading spaces. It was done.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, an inner chamber is formed inside a body body having pressure receiving diaphragms on both sides, and the inner chamber is defined as two center diaphragm chambers by a center diaphragm constituting an overpressure protection mechanism. A differential pressure transmission in which the pressure receiving diaphragm chamber formed inside the pressure receiving diaphragm is connected to the center diaphragm chamber, the center diaphragm chamber is connected to the chamber of the diaphragm type pressure sensor, and a sealed liquid is filled in these chambers. In the container, spacer loading spaces are provided in each of the center diaphragm chambers, and spacers formed of a material having a smaller linear expansion coefficient than the body main body are arranged in these spacer loading spaces.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a body main body formed by joining two bodies to each other, a pressure receiving diaphragm provided on a side surface of each of the bodies, and an inner chamber formed between the joining surfaces of the two bodies is protected from excessive pressure. The two center diaphragm chambers are defined by a center diaphragm constituting a mechanism, and the pressure receiving diaphragm chamber formed inside each of the pressure receiving diaphragms and the two center diaphragm chambers are respectively connected, and the center diaphragm chamber and the diaphragm type pressure are connected. In the differential pressure transmitter in which the sensor chambers are connected and the sealed liquid is sealed in these chambers, a space for loading a spacer is provided in each of the pressure receiving diaphragm chamber of the one body and the center diaphragm chamber of the other body. However, the linear expansion coefficient of these spacer loading spaces is smaller than that of the body main body. Is obtained by arranged the spacer formed by There material.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, an inner chamber is formed inside a body body having pressure receiving diaphragms on both sides, and the inner chamber is defined as two center diaphragm chambers by a center diaphragm constituting an overpressure protection mechanism. A differential pressure transmission in which the pressure receiving diaphragm chamber formed inside the pressure receiving diaphragm is connected to the center diaphragm chamber, the center diaphragm chamber is connected to the chamber of the diaphragm type pressure sensor, and a sealed liquid is filled in these chambers. In the vessel, the pressure sensor is disposed in a metal container filled with a filling liquid and partitioned into two sensor chambers, and a space for mounting a spacer is provided in each of the sensor chambers. Spacers formed of a material having a smaller linear expansion coefficient than the container are arranged.
[0019]
According to a fifth aspect, in the first, second, third, or fourth aspect, the spacer is arranged in the spacer loading space with an appropriate gap.
[0020]
In a sixth aspect based on the first, second, or third aspect, the spacer is formed of a material having a linear expansion coefficient that is 1/5 or less than a linear expansion coefficient of the body main body.
[0021]
In a seventh aspect based on the fourth aspect, the spacer is formed of a material having a linear expansion coefficient that is 1/5 or less than a linear expansion coefficient of the container.
[0022]
In the first to fifth aspects of the present invention, since the spacer made of a material having a small linear expansion coefficient is arranged in the space for loading the spacer, the amount of the sealed liquid is slightly increased, but the appearance is hardly changed. When the body body thermally expands due to the temperature rise, the space portion for spacer loading also expands by thermal expansion. At this time, the spacer also thermally expands, but since the expansion amount is smaller than the thermal expansion of the spacer loading space portion, the gap between the spacer loading space portion and the spacer becomes larger than before the temperature changes. The sealed liquid in the gap also thermally expands, but the amount is very small, so that it is extremely smaller than the thermal expansion in the gap. For this reason, a part of the sealed liquid in the room enters the gap that has been thermally expanded. Therefore, even if the sealed liquid thermally expands due to the temperature rise, the change in the amount of the sealed liquid in the entire room is small, and the fluctuation of the O / L operating point due to the temperature change of the excessive pressure protection mechanism can be suppressed. On the other hand, when the temperature decreases, the body main body and the spacer shrink, and conversely, the gap is reduced, and a part of the sealed liquid in the gap is sent into the room. Therefore, also at this time, the change in the amount of the sealed liquid is small, and the change in the O / L operating point can be suppressed to a small value.
[0023]
In the sixth and seventh inventions, the linear expansion coefficient of the spacer is sufficiently smaller than the linear expansion coefficient of the body or the metal container. The variation of the L operating point can be made sufficiently small.
Ceramics, aluminum titanate, or the like is used as the material having a small linear expansion coefficient.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the differential pressure transmitter according to the present invention. In the figure, a differential pressure transmitter generally denoted by reference numeral 20 is a metal body 21 and a pair of left and right cover members 24, 24 attached to both side surfaces (pressure measurement surfaces) 22, 23 of the body 21. And an electric signal converter 26 provided above the body main body 21 via the neck 25.
[0025]
The body main body 21 is formed by integrally joining two bodies 21A and 21B formed in a disk shape by SUS316 or the like by electron beam welding or the like. 28 are attached respectively. The pressure receiving diaphragms 27 and 28 are generally formed into a disk shape by plastically processing a thin metal plate such as stainless steel, and the outer peripheral edges (fixed portions) are fixed to the side surfaces 22 and 23 of the body 21 by welding, respectively. Have been. At the time of forming the pressure receiving diaphragms 27 and 28, corrugated folds are concentrically applied to pressure receiving portions that receive pressure, that is, inner portions of outer peripheral edges (fixed portions) welded to the side surfaces 22 and 23, respectively. The linear range in the load-elastic deformation characteristics of the pressure receiving diaphragms 27 and 28 is widened.
[0026]
Circular concave portions 30 and 31 having the same shape as the diaphragms are formed in portions of the side surfaces 22 and 23 of the body main body 21 facing the pressure receiving portions of the pressure receiving diaphragms 27 and 28, respectively. Spaces between the pressure receiving diaphragm 31 and the pressure receiving diaphragms 27 and 28 form pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b, respectively.
[0027]
An inner chamber 34 is formed in the center of the body 21, that is, between the joint surfaces of the two bodies 21A and 21B. The inner chamber 34, together with the pressure receiving diaphragms 27 and 28, forms an overpressure protection mechanism. The center diaphragm 35 is divided into two chambers on the high pressure side and the low pressure side, that is, a high pressure side center diaphragm chamber 34a and a low pressure side center diaphragm chamber 34b. The outer periphery (fixed portion) of the center diaphragm 35 is sandwiched and welded to the joint surfaces of the bodies 21A and 21B by welding, and a portion inside the outer periphery forms a pressure receiving portion. Similar to the pressure receiving portions of the pressure receiving diaphragms 27 and 28, the pressure receiving portion has concentric corrugated folds. On the inner wall surfaces 36a, 36b of the respective center diaphragm chambers 34a, 34b, corrugated folds having the same shape as the center diaphragm 35 are formed concentrically. In the present embodiment, the pressure receiving diaphragms 27 and 28, the center diaphragm 35, and the main body 21 are formed with concentric corrugated folds, but these folds are not necessarily required.
[0028]
The pressure receiving diaphragm chambers 32a, 32b formed between the side faces 22, 23 of the body main body 2 and the pressure receiving diaphragms 27, 28, and the center diaphragm chambers 34a, 34b are formed in the bodies 21A, 21B. The communication paths 39a and 39b communicate with each other. The pressure-receiving diaphragm chambers 32a and 32b, the center diaphragm chambers 34a and 34b, and the communication passages 39a and 39b are supplied from the sealing liquid filling holes 40 and 40 provided in the respective bodies 21A and 21B with silicone oil as a pressure transmitting medium. Filling liquids 41, 41 are filled respectively. Each of the holes 40 is sealed by a ball 42, and the ball 42 is prevented from coming off by a set screw 43.
[0029]
Each of the cover members 24 has a back outer peripheral edge closely contacted with an outer peripheral edge of the side surface 22, 23 of the body main body 21 via a sealing member 44, and is fixed together by a plurality of bolts 45 and nuts 46. I have. At the center of each cover member 24, fluid introduction ports 48 for guiding the fluid to be measured 47 to the pressure receiving diaphragms 27 and 28 of the body 21 are formed to penetrate the front and back surfaces, respectively.
[0030]
Further, a sealed liquid circuit 51 (51a, 51b) is formed inside the body main body 21. The filled liquid circuit 51 has one end open to the diaphragm seat 36a of one body 21A and communicates with the center diaphragm chamber 34a, and the other end opens to the diaphragm seat 36b of the other body 21B and communicates with the center diaphragm chamber 34b. The intermediate portion is divided into two circuits by a diaphragm type pressure sensor 52 incorporated in the neck portion 25 of the body 21.
[0031]
The neck portion 25 includes an outer cylinder 60 and an inner cylinder 61 formed of a metal such as SUS and integrally joined to the upper surface of the body main body 21 by welding. Is formed.
[0032]
The pressure sensor 52 includes a base 66 made of Pyrex (registered trademark) glass or the like disposed in the recessed portion 61 a of the inner cylinder 61, and silicon or sapphire whose outer peripheral edge is joined to the lower surface of the base 66. The sensor diaphragm 67 divides the inside of the concave portion 61a into two sensor chambers, that is, lower and upper chambers 68A and 68B of the sensor diaphragm 67. The lower sensor chamber 68A communicates with the sealed liquid circuit 51a. The upper sensor chamber 68B includes a through hole 66a formed through the base 66, a communication hole 61b formed in the inner cylinder 61, and an annular groove 68 formed between the outer cylinder 60 and the inner cylinder 61. The liquid is communicated with the sealed liquid circuit 51b through the liquid passage. Therefore, on the lower surface side of the diaphragm provided at the center of the sensor diaphragm 67, the high pressure HP applied to the pressure receiving diaphragm 27 is supplied to the pressure receiving diaphragm chamber 32a, the communication passage 39a, the center diaphragm chamber 34a, the filled liquid circuit 51a, and the sensor chamber. The low-pressure LP applied to the pressure-receiving diaphragm 28 is applied to the pressure-receiving diaphragm 28 on the upper surface side of the diaphragm portion through the filling liquid 41 in the 68A, and the pressure-receiving diaphragm chamber 32b, the communication passage 39b, the center diaphragm chamber 34b, the filling liquid circuit 51b, It is added via the communication passage 61b, the through hole 66a, and the filled liquid 41 in the sensor chamber 68B. On one surface of the sensor diaphragm 67, four diffusion gauges (not shown) acting as piezoresistive regions are formed by impurity diffusion or ion implantation techniques. A bridge is formed and connected to an electric circuit by a lead wire 62 and a lead pin 63. Such a pressure sensor 52 is not limited to the piezoresistive sensor, but may be a capacitance sensor. Reference numeral 64 denotes a hermetic seal that insulates the lead pin 63 from the inner cylinder 61.
[0033]
Spacers 70 and 71 are formed in the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b of the bodies 21A and 21B, respectively. These spacer loading space portions 70, 71 are formed of recesses of the same size formed at the center of the bottom surface where the pressure receiving diaphragms 27, 28 of the respective bodies 21A, 21B land, and the spacers 72a, 72b are formed. Each is stored and arranged.
[0034]
The spacers 72a and 72b satisfy the condition of αf≫αs≫αc, where αc is the linear expansion coefficient, αs is the linear expansion coefficient of the body 21 and the pressure receiving diaphragms 27 and 28, and αf is the body expansion coefficient of the sealed liquid 41. It is formed of a material having an extremely small linear expansion coefficient (hereinafter, also referred to as a low thermal expansion material) to have substantially the same size, and is fitted and inserted into the spacer loading space portions 70 and 71, respectively, and appropriately fixed with bolts, caulking or the like. Is fixed by various fixing means. Further, the spacers 72a and 72b are formed slightly smaller than the spacer loading spaces 70 and 71, so that appropriate spacers 74a and 74b are formed between the spacers 72a and 72b and the inner walls of the spacer loading spaces 70 and 71, respectively. The surface forms the same plane as the side surfaces of the bodies 21A and 21B when the surface does not form the spacer loading spaces 70 and 71. Therefore, each of the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b is formed larger than the conventional pressure receiving diaphragm chamber by the volume of the gaps 74a and 74b. Also, needless to say, the amount of the sealing liquid 41 sealed in each of the pressure receiving diaphragm chambers 32a, 32b is larger than the conventional sealing liquid amount by the volume of the gaps 74a, 74b.
[0035]
As a material of the spacers 72a and 72b, ceramics having a linear expansion coefficient αc of 1/5 or less, preferably 1/10 or less of the linear expansion coefficient αs of the body main body 21 and more preferably a negative linear expansion coefficient αc, It is formed of metal or the like. The spacers 72a and 72b preferably have a large volume ratio with respect to the bodies 21A and 21B.
[0036]
As the low thermal expansion material, silicon (linear expansion coefficient: 2.54 ppm / K （), aluminum titanate (linear expansion coefficient: -0.8 ppm / K), invar (linear expansion coefficient: 1.2 ppm / K), or the like is used. Can be
[0037]
In the differential pressure transmitter 20 having such a structure, when the high pressure HP and the low pressure LP of the fluid to be measured 47 are respectively applied to the pressure receiving diaphragms 27 and 28, the sealed liquid in both the diaphragms 27 and 28 and the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b. It is transmitted to the center diaphragm 35 via 41. For this reason, the center diaphragm 35 is displaced in accordance with the differential pressure (HP-LP), and this displacement is applied to both surfaces of the sensor diaphragm 67 of the pressure sensor 52 via the sealed liquid 41. For this reason, the sensor diaphragm 67 is distorted in accordance with the differential pressure (HP-LP), and the amount of the distortion is converted into an electric signal, and the signal is subjected to arithmetic processing. Measured.
[0038]
In the measurement, since the spacers 72a and 72b made of the low thermal expansion material are arranged in the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b of the bodies 21A and 21B, the variation range of the O / L operating point due to the temperature change of the overpressure protection mechanism is reduced. Can be smaller.
[0039]
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an O / L operating point of the overpressure protection mechanism according to the present invention, in which the vertical axis represents the amount of liquid transfer (or sensor output) below the pressure receiving diaphragm, the horizontal axis represents the differential pressure, S, S1, S2. Is the point at which the overpressure protection mechanism at 25 ° C., 25 + t ° C., and 25-t ° C. respectively starts working.
In the differential pressure transmitter according to the present invention using the spacers 72a and 72b made of a low thermal expansion material, since the amount of expansion and contraction of the sealed liquid due to the temperature change is small as described above, as shown in FIG. The fluctuation width Wo of the O / L operation points S, S1, S2 of the pressure protection mechanism is smaller than the fluctuation width W of the O / L operation points S, S1, S2 in the conventional device shown in FIG.
[0040]
Here, FIG. 2A is a diagram showing the O / L operating point of the overpressure protection mechanism when the O / L operating point (S) at 25 ° C. is the same as the conventional one, and is apparent from this figure. Meanwhile, the measurement range Aa may be wider than the measurement range A in the conventional device shown in FIG. 9, and the sensor breakdown voltage Ba may be smaller than the sensor breakdown voltage B in the conventional device. Further, the maximum liquid movement amount Qamax of the sealed liquid is also reduced. Therefore, it is possible to use the pressure receiving diaphragms 27 and 28 having a small displacement and a small diameter, and it is possible to reduce the size of the body 2 and the transmitter itself.
[0041]
FIG. 2B is a diagram showing the O / L operating point of the overpressure protection mechanism when the measurement range A is the same as that of the related art. As is clear from FIG. It may be even smaller than the sensor breakdown voltage Ba in the case of (a). Further, the maximum liquid transfer amount Qbmax of the sealed liquid is further reduced, and the size of the transmitter can be further reduced.
Hereinafter, the principle of the present invention will be described.
[0042]
(Conventional device)
When the ambient temperature becomes higher than the normal temperature, the body 21A on the high pressure HP side, the pressure receiving diaphragm 27, and the filling liquid 41 thermally expand in proportion to the temperature rise. At this time, in the conventional differential pressure transmitter without the spacer 72a, the increase Q1 due to the thermal expansion of the filling liquid 41 due to αf≫αs is the volume increase Q2 due to the thermal expansion of the container including the body 21A and the pressure receiving diaphragm 27. Therefore, the liquid amount Vb of the filling liquid 41 is larger than the liquid amount at normal temperature. Therefore, the pressure receiving diaphragm 27 is elastically deformed so that the surface side becomes convex.
[0043]
At this time, the body 21B on the low pressure LP side, the pressure receiving diaphragm 28, and the filled liquid 41 thermally expand in exactly the same manner as the high pressure side in proportion to the rise in the ambient temperature, so that the pressure receiving diaphragm 28 is elastically deformed so that the surface side becomes convex. Let it.
[0044]
In this state, when pressure is applied to the pressure receiving diaphragm 27 on the high pressure HP side, the pressure receiving diaphragm 27 is displaced to the low pressure LP side. At this time, the displacement amount of the pressure receiving diaphragm 27 until it reaches the bottom of the side surface of the body 21A is large because the pressure receiving diaphragm 27 is bulged in a convex shape due to thermal expansion as described above, and the displacement amount of the filled liquid 41 is also large. Therefore, the O / L operating point of the overpressure protection mechanism also fluctuates in the direction of deformation of the pressure receiving diaphragm 27, and becomes larger than that at normal temperature (see FIG. 9).
[0045]
When a pressure is applied to the pressure receiving diaphragm 28 on the low pressure LP side while the ambient temperature is higher than the normal temperature, the pressure receiving diaphragm 28 on the low pressure side is displaced to the high pressure HP side, contrary to the above. At this time, the amount of displacement of the pressure-receiving diaphragm 28 until it reaches the side surface of the body 21B is large because it is bulged in a convex shape due to thermal expansion as described above, and the amount of movement of the filled liquid 41 is also large. Therefore, also at this time, the O / L operating point of the overpressure protection mechanism fluctuates in the deformation direction of the pressure receiving diaphragm 28, and becomes larger than that at normal temperature.
[0046]
(Invention device)
Spacers 70 and 71 for loading spacers are provided in the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b, and spacers 72a and 72b made of a low thermal expansion material are arranged in the spaces 70 and 71 for loading spacers to form minute gaps 74a and 74b. By doing so, when the ambient temperature rises, the spacer loading space portions 70 and 71 thermally expand together with the bodies 21A and 21B, expand as shown by the two-dot chain line in FIG. 1, and the dimensions of the gaps 74a and 74b are reduced. It increases from d to d '.
[0047]
On the other hand, since the linear expansion coefficient αc of the spacers 72a and 72b is sufficiently smaller than the linear expansion coefficient αs of the bodies 21A and 21B (αs≫αc), the volume increase Q3 is limited by the heat of the spacer loading space portions 70 and 71. It is smaller than the volume increase Q4 due to expansion (Q3 <Q4). Therefore, the sealed liquid 41 in the pressure receiving diaphragm chambers 32a, 32b enters the thermally expanded gaps 74a, 74b by the difference between the volume increase Q4 and the volume increase Q3. Therefore, even if the sealed liquid 41 in the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b thermally expands due to a rise in temperature, the amount of the sealed liquid 41 in the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b is increased by the conventional differential pressure transmitter without the spacer 72a. Less than. In other words, by using the spacers 72a and 72b made of a low thermal expansion material, the amount of thermal expansion of the sealed liquid 41 in the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b can be apparently reduced. For this reason, the amount of change that changes convexly to the surface side of the pressure receiving diaphragms 27 and 28 is smaller than that of the conventional device at a high temperature, and is the maximum amount of displacement when pressure is applied (the amount of displacement until contact with the side surface of the body). ) Is small. Therefore, the fluctuation of the O / L operating point of the overpressure protection mechanism due to the temperature change is smaller than that of the conventional device (FIG. 2).
[0048]
When the ambient temperature is lower than the normal temperature, the bodies 21A and 21B, the pressure receiving diaphragms 27 and 28, the spacers 72a and 72b, and the filling liquid 41 contract, but since αf≫αs≫αc, the above-mentioned temperature rise occurs. Contrary to the time, the pressure receiving diaphragms 27 and 28 are deformed so as to be convex on the back side. At this time, since the gaps 74a and 74b are greatly reduced in contraction amount, a part of the filled liquid is discharged and sent to the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b. Therefore, also in this case, the amount of the sealed liquid in the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b does not change much as compared with the conventional device having no spacer, and the fluctuation of the O / L operating point of the overpressure protection mechanism can be reduced. .
[0049]
In this case, when the spacer loading space portions 70, 71 and the spacers 72a, 72b are small, since the volume increase of the gaps 74a, 74b due to the temperature rise is small, the gap 74a of the filled liquid 41 in the pressure receiving diaphragm chambers 32a, 32b. , 74b, and the effect of suppressing the deformation of the pressure receiving diaphragms 27, 28 is small. However, when the spacer loading space portions 70, 71 and the spacers 72a, 72a are gradually increased, the size becomes larger. The difference (Q4-Q3) between the volume increase Q4 and the volume increase Q3 is substantially equal to the volume increase Q5 due to the thermal expansion of the sealed liquid 41 in the pressure-receiving diaphragm chambers 32a and 32b. Therefore, in this case, the pressure in the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b hardly changes as compared with that at normal temperature. As the spacer loading space portions 70, 71 and the spacers 72a, 72b are further increased, the difference (Q4-Q3) between the volume increase Q4 and the volume increase Q3 becomes larger in the pressure receiving diaphragm chambers 32a, 32b. Since the volume increase Q5 of the filling liquid 41 becomes larger, the pressure P in the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b is reduced by the pressure corresponding to the difference, so that the pressure receiving diaphragms 27 and 28 become convex on the back side. Elastically deform. Therefore, in order to prevent the internal pressures of the pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b from changing, the spacer loading space is set according to the materials of the bodies 21A and 21B, the pressure receiving diaphragms 27 and 28, the linear expansion coefficient αs, and the body expansion coefficient αf of the filling liquid 41. By determining the sizes of the parts 70, 71, the spacers 72a, 72b, and the gaps 74a, 74b, the O / L operating point of the overpressure protection mechanism can be made substantially constant. Note that the same applies to a temperature decrease.
[0050]
Thus, the fluctuation of the O / L operating point due to the temperature change of the overpressure protection mechanism can be reduced by arranging the spacers 72a, 72b made of the low thermal expansion material in the pressure receiving diaphragm chambers 32a, 32b. The effect is greater as the ratio of the spacers 72a, 72b to the bodies 21A, 21B increases. Furthermore, the effect is greater as the linear expansion coefficient αc of the spacers 72a and 72b is smaller, and the effect is even greater if the linear expansion coefficient αc is a negative material.
[0051]
Next, the effect of reducing the fluctuation range of the O / L operating point will be described using mathematical expressions.
(A) In the case of a conventional product without a spacer made of a low thermal expansion material
The volume of the high pressure HP side (or low pressure LP side) pressure receiving diaphragm chamber 32a at 25 ° C. is Vb, the high pressure side volume other than the pressure receiving diaphragm chamber 32a is Vs, the total amount of the filled liquid 41 on the high pressure side is Vb + Vs, and the body expansion of the body 21A. When the coefficient is 3αs (αs: linear expansion coefficient), the body expansion coefficient of the filled liquid 41 is αf, the compliance of the pressure receiving diaphragm 27 is ΦB, and the compliance of the center diaphragm 35 is Φc, ΦB≫Φc
The O / L operating point (S) at 25 ° C. is
P₂₅= Vb / Φc (1)
Indicated by
[0052]
The change in O / L operating point when the temperature changes by dt ° C is
dPt = {(Vb + Vs) (1 + αf · dt) − (Vb + Vs) (1 + 3αs · dt)} / Φc
= (Vb + Vs) (αf-3αs) dt / Φc
Becomes
Here, αf = 1 × 10^-3(Approximate values of silicone oil)
3αs = 5 × 10^-5(Approximate value of SUS316)
Vb = 500mm³
Vs = 1000mm³
Φc = 5mm³/ KPa
Then
dPt = (1500) (1 × 10^-3-5 x 10^-5) · Dt / 5
= 0.285 · dt (kPa) (2)
Ie
(1) At 25 ° C: From formula (1), ΔP₂₅= O / L operation at 100 kPa
{2} {at 25 ± 50 ° C}: dP from equation (2)₅₀= 14.25 kPa
∴P_25-50= P₂₅-DP₅₀= 85.75 kPa
(At -25 ° C) and P_{25 + 50}= P₂₅+ DP₅₀
O / L operation at = 114.25 kPa (at 75 ° C)
[0053]
(B) In the case of the present invention having a spacer 72a made of a low thermal expansion material
At 25 ° C., the volume of the high pressure side (or low pressure side) pressure receiving diaphragm chamber 32a is Vb, the volume of the high pressure side other than the pressure receiving diaphragm chamber 32a is Vs, the volume of the spacer 72a is Vc, and the total amount of the filled liquid 41 on the high pressure side is Vf = Vb + Vs. −Vc, the body expansion coefficient of the body 21A is 3αs (αs: linear expansion coefficient), the body expansion coefficient of the filling liquid 41 is αf, the body expansion coefficient of the spacer 72a is 3αc (αc: linear expansion coefficient), and the compliance of the pressure receiving diaphragm 27 Is ΦB and the compliance of the center diaphragm 35 is Φc, then ΦB≫Φc
The O / L operating point at 25 ° C.
P₂₅= Vb / Φc (3)
[0054]
Volume change of the pressure receiving diaphragm chamber 32a: dVb = 3αs · Vb · dt
Change in high pressure side volume other than pressure receiving diaphragm chamber 32a: dVs = 3αs · Vs · dt
Volume change of the spacer 72a: dVc = 3αc · Vc · dt
Change in sealed liquid amount: dVf = αf · Vf · dt
[0055]
The change in the liquid amount dV of the sealed liquid 41 in the pressure receiving diaphragm chamber 32a is
dV = change in amount of sealed liquid-change in volume to fill sealed liquid
= DVf- (dVb + dVs-dVc)
= Αf · Vf · dt− (3αs · Vb · dt + 3αs · Vs · dt−3αc · Vc · dt)
Here, if Vf = Vb + Vs-Vc is substituted,
dV = dt {(Vb + Vs) (αf−3αs) −Vc (αf−3αc)} (4)
Becomes
[0056]
Here, αf = 1 × 10^-3(Approximate values of silicone oil)
3αs = 5 × 10^-5(Approximate values of austenitic stainless steel such as SUS316 and SUS304)
3αc = 0 (ceramics with a linear expansion coefficient of almost zero)
Vb = 500mm³
Vs = 12000mm³
Vc = 11000mm³
Φc = 5mm³/ KPa
Then
Equation (4) is
dV = dt ｛12,500 × 95 × 10^-5-1100 × 10^-3｝
= 0.875 · dt
Therefore, the change dPt of the O / L operating point when the temperature changes by dt ° C. is
dPt = dV / Φc = 0.875 · dt / 5
= 0.175 · dt (kPa) (5)
Becomes This value corresponds to about 60% of the equation (2) of the conventional device, and an improvement of about 40% can be achieved.
That is,
(1) At 25 ° C: P from equation (3)₂₅= 100kPa
{Circle around (2)} At 25 ± 50 ° C: dP from equation (5)₅₀= 8.75 kPa
∴P_25-50= P₂₅-DP₅₀= 91.25 kPa
(At -25 ° C) and P_{25 + 50}= P₂₅+ DP₅₀
= O / L operation at 108.75 kPa (at 75 ° C)
Therefore, when the temperature is 25 ± 50 ° C., the pressure is improved by 5.5 kPa as compared with the conventional device having no spacer 72a.
[0057]
The change of the O / L operating point: dVt = 0 should be set for designing so that dPt = 0, and the following condition should be satisfied from equation (4) to set dV = 0. Will be.
(Vb + Vs) (αf−3αs) −Vc (αf−3αc) = 0
That is,
Vc / (Vb + Vs) = (αf−3αs) / (αf−3αc) (6)
Hereinafter, specific examples will be described.
Now, αf = 1 × 10^-3
3αs = 5 × 10^-5
3αc = 0
Vb = 500mm³
Vs = Vc + 1000 mm³(As a design condition, the high-pressure side volume other than Vb is 1000 mm³Assume that it is necessary to be large)
And solving equation (6)
Vc = 28500mm³
Vs = 29500 mm³
At this time, dV = 0.
In other words, if the spacer 72a designed to satisfy such a condition is provided, it is possible to prevent the O / L operating point from changing even when the temperature changes.
[0058]
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, spacers 72a, 72b made of a low thermal expansion material are arranged in center diaphragm chambers 34a, 34b instead of being arranged in pressure receiving diaphragm chambers 32a, 32b. Also in this case, the spacer mounting spaces 91a and 91b are formed in each of the center diaphragm chambers 34a and 34b, and the spacers 72a and 72b are arranged in these spacer mounting spaces 91a and 91b while maintaining an appropriate gap 92, respectively. Good.
[0059]
Even in such a structure, when the temperature changes, the change in the amount of the sealed liquid in the center diaphragm chambers 34a and 34b can be reduced, so that the same effect as in the above-described embodiment can be obtained. Will.
[0060]
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the present invention.
This embodiment is a combination of the embodiment shown in FIG. 1 and the embodiment shown in FIG. 3, in which spacers 72a and 72b made of a low thermal expansion material are combined with pressure receiving diaphragm chambers 32a and 32b and a center diaphragm chamber. Spacers 70, 71, 91a, 91b formed in the spacers 34a, 34b are arranged with appropriate gaps 74a, 74b, 92, 92, respectively.
[0061]
In such a structure, a change in the amount of the sealed liquid due to a rise in the temperature of the pressure receiving diaphragm chambers 32a, 32b and the center diaphragm chambers 34a, 34b can be suppressed at the same time. It can be even smaller.
[0062]
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.
In this embodiment, spacer loading space portions 70 and 91b are formed in a high pressure side pressure receiving diaphragm chamber 32a and a low pressure side center diaphragm chamber 34b, respectively, and these space portions 70 and 91b are made of a spacer made of a low thermal expansion material. 72a and 72b are arranged while maintaining appropriate gaps 74a and 92.
[0063]
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
In this embodiment, spacer mounting spaces 91a and 71 are formed in a high-pressure side center diaphragm chamber 34a and a low-pressure side pressure receiving diaphragm chamber 32b, respectively. Spaces 91a and 71 are formed of a spacer made of a low thermal expansion material. 72a and 72b are arranged while maintaining appropriate gaps 92 and 74b.
[0064]
It will be apparent that the embodiment shown in FIGS. 5 and 6 can obtain the same effects as those of the first to fourth embodiments.
In this case, in the first to fourth embodiments, the high-pressure side body and the low-pressure side body 21A, 21B can be manufactured symmetrically, so that compared to the fifth and sixth embodiments. There is an advantage that it can be manufactured at low cost.
[0065]
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a sixth embodiment of the present invention.
In this embodiment, spacers 101 and 102 made of a low-thermal-expansion material are arranged in a container 65 containing a pressure sensor 52. For this reason, the space portions 100a and 100b for loading the spacers are respectively formed on the liquid contact surfaces of the outer cylinder 60 and the inner cylinder 61, and the spacers 101 and 102 are arranged in these space portions 100a and 100b while maintaining an appropriate gap. are doing. In this case, a spacer having a linear expansion coefficient sufficiently smaller than the linear expansion coefficient of the metal container 65 may be used. Since other structures are the same as those shown in FIG. 1, the same constituent members are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0066]
Such a structure is effective when applied to a small body body 21.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, in the differential pressure transmitter according to the present invention, since the spacer made of the low thermal expansion material is arranged in the chamber in which the sealing liquid is sealed, the thermal expansion of the sealing liquid can be apparently reduced. As a result, the fluctuation of the O / L operating point of the overpressure protection mechanism due to the temperature change can be reduced, and the restrictions on the operating temperature range of the transmitter, the measurement range, the sensor withstand pressure, the size of the body body, etc. are moderated. can do. Further, the structure is simple, and it can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a differential pressure transmitter according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an O / L operating point according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a conventional example of a differential pressure transmitter.
FIG. 9 is a conceptual diagram showing an O / L operating point of a conventional device.
[Explanation of symbols]
20: Differential pressure transmitter, 21: Body main body, 21A, 21B: Body, 27, 28: Pressure receiving diaphragm, 32a, 32b: Pressure receiving diaphragm chamber, 34: Inner chamber, 34a, 34b: Center diaphragm chamber, 35: Center diaphragm , 39a, 39b: communication path, 51: filled liquid circuit, 52: pressure sensor, 65: container, 67: sensor diaphragm, 70, 71: spacer loading space, 72a, 72b: spacer, 74a, 74b: gap.

Claims

An inner chamber is formed inside a body body having pressure receiving diaphragms on both sides, and this inner chamber is defined as two center diaphragm chambers by a center diaphragm constituting an overpressure protection mechanism, and formed inside each of the pressure receiving diaphragms. A differential pressure transmitter that connects the pressure receiving diaphragm chamber and the center diaphragm chamber respectively, connects the center diaphragm chamber and the chamber of the diaphragm type pressure sensor, and fills these chambers with a sealed liquid.
A differential pressure transmitter, wherein a spacer loading space is provided in each of the pressure receiving diaphragm chambers, and spacers made of a material having a smaller linear expansion coefficient than the body main body are arranged in these spacer loading spaces. .

An inner chamber is formed inside a body body having pressure receiving diaphragms on both sides, and this inner chamber is defined as two center diaphragm chambers by a center diaphragm constituting an overpressure protection mechanism, and formed inside each of the pressure receiving diaphragms. A differential pressure transmitter that connects the pressure receiving diaphragm chamber and the center diaphragm chamber respectively, connects the center diaphragm chamber and the chamber of the diaphragm type pressure sensor, and fills these chambers with a sealed liquid.
A differential pressure transmitter, wherein a spacer loading space is provided in each of the center diaphragm chambers, and spacers made of a material having a smaller linear expansion coefficient than the body main body are arranged in these spacer loading spaces. .

A center diaphragm comprising a body main body formed by joining two bodies to each other, a pressure receiving diaphragm provided on a side surface of each of the bodies, and an inner chamber formed between the joining surfaces of the two bodies constituting an overpressure protection mechanism. A pressure receiving diaphragm chamber formed inside each of the pressure receiving diaphragms and the two center diaphragm chambers are connected to each other, and the center diaphragm chamber and the chamber of the diaphragm type pressure sensor are connected. And in the differential pressure transmitter that filled the sealed liquid in these chambers,
Spacer loading spaces are provided in the pressure receiving diaphragm chamber of the one body and the center diaphragm chamber of the other body, and spacers formed of a material having a smaller linear expansion coefficient than the body main body are provided in these spacer loading spaces. Differential pressure transmitter characterized by being arranged respectively.

An inner chamber is formed inside a body body having pressure receiving diaphragms on both sides, and this inner chamber is defined as two center diaphragm chambers by a center diaphragm constituting an overpressure protection mechanism, and formed inside each of the pressure receiving diaphragms. A differential pressure transmitter that connects the pressure receiving diaphragm chamber and the center diaphragm chamber respectively, connects the center diaphragm chamber and the chamber of the diaphragm type pressure sensor, and fills these chambers with a sealed liquid.
The pressure sensor is disposed in a metal container in which the filling liquid is sealed, partitioned into two sensor chambers, and a spacer loading space is provided in each of the sensor chambers. A differential pressure transmitter characterized by disposing spacers formed of a material having a small linear expansion coefficient.

The differential pressure transmitter according to claim 1, 2, 3, or 4,
A differential pressure transmitter, wherein the spacer is arranged in a space for loading a spacer with an appropriate gap kept therebetween.

The differential pressure transmitter according to claim 1, 2, or 3,
A differential pressure transmitter, wherein the spacer is formed of a material having a coefficient of linear expansion of 1/5 or less than a coefficient of linear expansion of the body body.

The differential pressure transmitter according to claim 4,
A differential pressure transmitter, wherein the spacer is formed of a material having a linear expansion coefficient of 1/5 or less than a linear expansion coefficient of the container.