JP2007064703A

JP2007064703A - 差圧・圧力検出器

Info

Publication number: JP2007064703A
Application number: JP2005248623A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Takano; 敏行高野; Kimihiro Nakamura; 公弘中村
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: JP4883386B2

Abstract

【課題】
接合強度の大幅な増大を図り、信頼性の高い差圧・圧力検出器を提供する。
【解決手段】
受圧体１００Ｌ，１００Ｒと、キャピラリーチューブ２００Ｌ，２００Ｒと、検出器３００と、を備えるリモートシール形の差圧・圧力検出器１であって、特にステンレス製の受圧体本体１０１Ｌ，１０１Ｒにタンタル製の受圧体側リング１０４Ｌ，１０４Ｒを溶接し、その上にジルコニウム製のダイアフラム側リング１０３Ｌ，１０３Ｒとを溶接した上で、シールダイヤフラム１０２Ｌ，１０２Ｒを溶接してなる受圧体１００Ｌ，１００Ｒとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定圧力を受ける受圧体と検出器との間をキャピラリーチューブ（精密毛細管）によって接続した差圧・圧力検出器に関する。

石油、石油化学、化学プラントなどにおいては、高温、高粘度性、高腐食性、高凝固性、高付着性のプロセス流体の流量、圧力、液位、比重などを測定する必要がある。そこで、このような用途ではいわゆる差圧・圧力検出器が用いられる。

このような差圧・圧力検出器について図を参照しつつ説明する。図４は従来技術の差圧・圧力検出器の構造図である。
差圧・圧力検出器は、図４で示すように、受圧体１０Ｌ，１０Ｒ、キャピラリーチューブ２０Ｌ，２０Ｒ、検出器３０を備えるリモートシール形の検出器である。この受圧体１０Ｌ，１０Ｒはステンレスで製作された受圧体本体１１に対してジルコニウムで製作されたリング１２Ｌ，１２Ｒを溶接にて接合し、さらにこのリング１２Ｌ，１２Ｒに対して、ジルコニウムで製作されたシールダイアフラム１３Ｌ，１３Ｒを同じく溶接にて接合させている。

この差圧・圧力検出器の動作を簡単に説明すると、受圧体１０Ｌ，１０Ｒのシールダイアフラム１３Ｌ，１３Ｒが受けた圧力をキャピラリーチューブ２０Ｌ，２０Ｒを介して検出器３０へ伝える。検出器３０では、二個の受圧体１０Ｌ，１０Ｒから伝えられた圧力から差圧を検出し、この差圧に係る検出信号を外部へ出力する、というものである。
なお、差圧・圧力検出器の他の従来技術が、例えば、特許文献１で開示されている。

特開２００４−３６１１５９号公報（段落番号００１４〜００１６，図１）

従来技術の受圧体１０Ｌ，１０Ｒの構造では、ステンレスで製作された受圧体本体１１Ｌ，１１Ｒに対して、ジルコニウムで製作されたリング１２Ｌ，１２Ｒと、ジルコニウムで製作されたシールダイアフラム１３Ｌ，１３Ｒと、を積層して溶接にて接合させている。しかしながら、受圧体本体１１Ｌ，１１Ｒのステンレス材と、リング１２Ｌ，１２Ｒのジルコニウム材と、は溶接性の悪い材料の組合せであり、それを補うため特殊な溶接技術により接合するというものであり、製作に手間を要するという問題があった。

また、その溶接性の悪さや、材料間の熱膨張係数差より、特に高温流体において長期に使用した際に二者の材料間（ステンレス−ジルコニウム間）で剥離が生じるおそれがあった。

そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、接合強度の大幅な増大を図り、信頼性の高い差圧・圧力検出器を提供することにある。

このような本発明の請求項１に係る差圧・圧力検出器は、
圧力または圧力差を検出するためのセンサを内蔵する検出器と、
測定圧を受けるためのシールダイヤフラムを受圧体本体に張り渡してなる受圧体と、
受圧体が受けた圧力を検出器へ伝達するためのキャピラリーチューブと、
を備えるリモートシール形の差圧・圧力検出器であって、
ステンレス製の受圧体本体とジルコニウム製のシールダイヤフラムとは接続部を介して接続され、この接続部は、
ジルコニウム製のダイアフラム側リングと、
タンタル製の受圧体側リングと、
による二層構造を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る差圧・圧力検出器は、
圧力または圧力差を検出するためのセンサを内蔵する検出器と、
測定圧を受けるためのシールダイヤフラムを受圧体本体に張り渡してなる受圧体と、
受圧体が受けた圧力を検出器へ伝達するためのキャピラリーチューブと、
を備えるリモートシール形の差圧・圧力検出器であって、
ステンレス製の受圧体本体とジルコニウム製のシールダイヤフラムとは接続部を介して接続され、この接続部は、
ジルコニウム製のダイアフラム側リングと、
チタン製の受圧体側リングと、
による二層構造を備えることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、接合強度の大幅な増大を図り、信頼性の高い差圧・圧力検出器を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態の差圧・圧力検出器について図を参照しつつ説明する。図１は本形態の差圧・圧力検出器の構造図である。図２は検出器の拡大構造図である。
本形態のようなリモートシール形の差圧・圧力検出器について図を参照しつつ説明する。リモートシール形の差圧・圧力検出器１は、図１で示すように受圧体１００Ｌ、受圧体１００Ｒ、キャピラリーチューブ２００Ｌ、キャピラリーチューブ２００Ｒ、検出器３００を備えている。なお、符号中ＬとＲは同等の構成が二つあることを示すものであり、以下、例えばキャピラリーチューブ２００Ｌおよびキャピラリーチューブ２００Ｒならば、キャピラリーチューブ２００Ｌ（Ｒ）と簡略な記載にするとともに重複する説明を省略して一括して説明する。

受圧体１００Ｌ（Ｒ）は、さらに、受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）、シールダイアフラム１０２Ｌ（Ｒ）、ダイアフラム側リング１０３Ｌ（Ｒ）、受圧体側リング１０４Ｌ（Ｒ）を備える。
受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）は、ステンレス製の部材であって、受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）には正面と側壁とで連通する流路１０５Ｌ（Ｒ）が形成されている。
シールダイアフラム１０２Ｌ（Ｒ）は、ジルコニウムにて形成された断面波状の板である。
ダイアフラム側リング１０３Ｌ（Ｒ）は、ジルコニウムにより形成されたリング体である。
受圧体側リング１０４Ｌ（Ｒ）は、タンタルにて形成されたリング体である。

受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）には、ダイアフラム側リング１０３Ｌ（Ｒ）、受圧体側リング１０４Ｌ（Ｒ）を介してシールダイアフラム１０２Ｌ（Ｒ）が取付けられている。これらにより形成される空間はダイヤフラム室１０６Ｌ（Ｒ）である。受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）の流路１０５Ｌ（Ｒ）の一端はこのダイヤフラム室１０６Ｌ（Ｒ）に連通し、また、他端が受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）の一側面からキャピラリーチューブ２００Ｌ（Ｒ）へ連通する。

キャピラリーチューブ２００Ｌ（Ｒ）は、その内部に流路２０１Ｌ（Ｒ）が形成されているチューブである。キャピラリーとは毛細管の意味であり、流路２０１Ｌ（Ｒ）の内径を十分に細くして、圧力が確実に伝わるようにしている。このようなキャピラリーチューブ２００Ｌ（Ｒ）は、受圧体１００Ｌ（Ｒ）と検出器３００との間に接続される。

検出器３００は、図２で示すように、さらに検出器本体３０１Ｌ（Ｒ），本体カバー３１１Ｌ（Ｒ），受圧ダイヤフラム３２１Ｌ（Ｒ），センターダイヤフラム３２２、パイプ３３１Ｌ（Ｒ），センサケース３４１、センサ３４２、通信線３４３を備えている。

検出器本体３０１Ｌ（Ｒ）の中央空間にセンターダイヤフラム３２２が配置されて、２つのダイヤフラム室３０３Ｌとダイヤフラム室３０３Ｒとに仕切る。また、これらのダイヤフラム室３０３Ｌ（Ｒ）に流路３０２Ｌ（Ｒ）が連通する。
また、ダイヤフラム室３０３Ｌ（Ｒ）は検出器本体３０１Ｌ（Ｒ）、パイプ３３１Ｌ（Ｒ）およびセンサケース３４１の流路３３２Ｌ（Ｒ）を介してセンサ３４２と連通する。

そして、図１で示した受圧体１００Ｌ（Ｒ）のダイヤフラム室１０６Ｌ（Ｒ）や流路１０５Ｌ（Ｒ）と、キャピラリーチューブ２００Ｌ（Ｒ）の流路２０１Ｌ（Ｒ）と、さらに検出器３００の流路３１３Ｌ（Ｒ）やダイヤフラム室３１２Ｌ（Ｒ）からなる一連の圧力伝達経路にはシリコーンオイル等の封入液が封入されている。
また、検出器３００の流路３０２Ｌ（Ｒ）、ダイヤフラム室３０３Ｌ（Ｒ）や流路３３２Ｌ（Ｒ）からなる一連の圧力伝達経路にも、シリコーンオイル等の封入液が封入されている。

このような差圧・圧力検出器１では、受圧体１００Ｌ（Ｒ）のシールダイアフラム１０２Ｌ（Ｒ）から検出器３００の受圧ダイヤフラム３１２Ｌ（Ｒ）まで連通するダイアフラム室１０６Ｌ（Ｒ）、流路１０５Ｌ（Ｒ），流路２０１Ｌ（Ｒ），流路３１３Ｌ（Ｒ）により形成された圧力伝達経路を介して、シールダイアフラム１０２Ｌ（Ｒ）が受けた圧力を受圧ダイアフラム３２１Ｌ（Ｒ）が受ける。

そして、受圧ダイアフラム３２１Ｌ（Ｒ）の移動によりダイアフラム室３０３Ｌ（Ｒ）の圧力が変化する。検出器３００では、ダイアフラム室３０３Ｌ（Ｒ）、流路３３２Ｌ（Ｒ）により形成された二経路の圧力伝達経路を介して、センサ３４２の両側まで圧力が伝えられる。そして圧力の差をセンサ３４２は差圧として検出する。

続いて検出動作について説明する。
リモート・シール型の差圧・圧力検出器１において、受圧体１００Ｌのシールダイヤフラム１０２Ｌに低圧側の被測定圧力Ｐ１が、また、受圧体１００Ｒのシールダイヤフラム１０２Ｒに高圧側の被測定圧力Ｐ２が、それぞれ加わると、シールダイヤフラム１０２Ｌ（Ｒ）が変位し、この変位により封入液が移動することで圧力伝達され、図２で示す検出器３００のセンターダイヤフラム３２２が差圧（Ｐ１ −Ｐ２）に応じて移動し、この変位とバランスがとれた圧力でダイヤフラム室３０３Ｌ（Ｒ）内の封入液を移動させる。そして封入液を介してセンサ３４２に圧力が加えられる。

したがって、センサ３４２はその差圧に応じて歪み、その歪量が電気信号である検出信号に変換されて通信線３４３を介して取り出されることで差圧が測定される。
なお、以上の説明は、差圧検出について述べたが、受圧体１００Ｌ（Ｒ）の一方に基準圧力を加えたならば圧力検出器として機能する。

続いて本発明の従来例と異なる特徴について説明する。従来技術ではステンレス材とジルコニウム材との溶接性が良くないことが問題であった。そこで、ステンレス材とジルコニウム材と共に溶接性が良い部材を介在させることで解決を図るものであり、本形態ではステンレス材とジルコニウム材との中間層としてタンタル材を介在させることとする。
まず、タンタル−ステンレス間であるが、タンタルとステンレスの溶接は、数十年来の実績があり、接合強度は十分確保されることが確認されている。
また、タンタル−ジルコニウム間であるが、タンタルとジルコニウムとは溶接性の良い材料であることが確認されている。
また、同一材料であるジルコニウム同士の溶接性は良好であることはいうまでもない。

本形態でも図１で示すように、受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）では、受圧体側リング１０４Ｌ（Ｒ）およびダイアフラム側リング１０３Ｌ（Ｒ）という二層構造の接続部を備える。
ステンレス製の受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）にタンタル製の受圧体側リング１０４Ｌ（Ｒ）を溶接し、上側にジルコニウム製のダイアフラム側リング１０３Ｌ（Ｒ）を溶接し、上側にジルコニウム製のシールダイヤフラム１０２Ｌ（Ｒ）を溶接して積層構造としている。

このようにステンレス材の上にタンタル材を溶接し、その上にジルコニウム材を溶接し、さらにジルコニウム材を溶接した構造であり、この溶接性の２次的評価として、材料間の引張試験により検証を実施し、実施例は従来品の１０倍以上の強度を有することを確認した。
このように本形態では、受圧体１００Ｌ（Ｒ）における接続部の材料を２層化したことにより、その接合強度を従来品の１０倍にすることができ、長期にわたり安定した性能を発揮することができる。

続いて他の形態の差圧・圧力検出器について図を参照しつつ説明する。図３は他の形態の差圧・圧力検出器の構造図である。
本形態のリモートシール形の差圧・圧力検出器１は、図１で示すように受圧体１００Ｌ’，１００Ｒ’、キャピラリーチューブ２００Ｌ，２００Ｒ、検出器３００を備えている。先に説明した形態と比較して、本形態では受圧体１００Ｌ’，１００Ｒ’のみが相違するものであり、他のキャピラリーチューブ２００Ｌ，２００Ｒ、検出器３００および検出原理・検出動作は同じであり、重複説明を省略する。

受圧体１００Ｌ’，１００Ｒ’は、さらに、受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）、シールダイアフラム１０２Ｌ（Ｒ）、ダイアフラム側リング１０３Ｌ（Ｒ）、受圧体側リング１０７Ｌ（Ｒ）を備える。
先に説明した形態の受圧体側リング１０４Ｌ（Ｒ）と比較して、本形態では受圧体側リング１０７Ｌ（Ｒ）のみが相違するものであり、他の受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）、シールダイアフラム１０２Ｌ（Ｒ）、ダイアフラム側リング１０３Ｌ（Ｒ）は同じであり、重複説明を省略する。
受圧体側リング１０７Ｌ（Ｒ）は、チタンにて形成されたリング体である。

続いて本発明と先の形態と異なる特徴について説明する。先の形態ではステンレス材とジルコニウム材と共に溶接性が良い部材であるタンタル材をステンレス材とジルコニウム材との中間層として介在させた。本形態ではこのタンタル材に代えてチタン材を採用するものである。
まず、チタン−ステンレス間であるが、チタンとステンレスとの溶接は、数十年来の実績があり、接合強度は十分確保されることが確認されている。
また、チタン−ジルコニウム間であるがチタンとジルコニウムとは溶接性の良い材料であることが確認されている。
また、同一材料であるジルコニウム同士の溶接性は良好であることはいうまでもない。

本形態でも図１で示すように、受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）では、受圧体側リング１０７Ｌ（Ｒ）およびダイアフラム側リング１０３Ｌ（Ｒ）という二層構造の接続部を備える。
ステンレス製の受圧体本体１０１Ｌ（Ｒ）にチタン製の受圧体側リング１０７Ｌ（Ｒ）を溶接し、上側にジルコニウム製のダイアフラム側リング１０３Ｌ（Ｒ）を溶接し、上側にジルコニウム製のシールダイヤフラム１０２Ｌ（Ｒ）と積層構造にする点である。

このようにステンレス材の上にチタン材を溶接し、その上にジルコニウム材を溶接し、さらにジルコニウム材を溶接した構造であり、この溶接性の２次的評価として、材料間の引張試験により検証を実施し、実施例は従来品の１０倍以上の強度を有することを確認した。
このように本形態では、受圧体１００Ｌ’，１００Ｒ’における接続部の材料を２層化したことにより、その接合強度を従来品の１０倍にすることができ、長期にわたり安定した性能を発揮することができる。

本発明を実施するための最良の形態の差圧・圧力検出器の構造図である。検出器の拡大構造図である。他の形態の差圧・圧力検出器の構造図である。従来技術の差圧・圧力検出器の構造図である。

符号の説明

１：差圧・圧力検出器
１００Ｌ，１００Ｒ，１００Ｌ’，１００Ｒ’：受圧体
１０１Ｌ，１０１Ｒ：受圧体本体
１０２Ｌ，１０２Ｒ：シールダイアフラム
１０３Ｌ，１０３Ｒ：ダイアフラム側リング
１０４Ｌ，１０４Ｒ，１０７Ｌ，１０７Ｒ：受圧体側リング
１０５Ｌ，１０５Ｒ：流路
１０６Ｌ，１０６Ｒ：ダイアフラム室
２００Ｌ，２００Ｒ：キャピラリーチューブ
２０１Ｌ，２０１Ｒ：流路
３００：検出器
３０１Ｌ，３０１Ｒ：検出器本体
３０２Ｌ，３０２Ｒ：流路
３０３Ｌ，３０３Ｒ：ダイアフラム室
３１１Ｌ，３１１Ｒ：本体カバー
３１２Ｌ，３１２Ｒ：ダイアフラム室
３１３Ｌ，３１３Ｒ：流路
３２１Ｌ，３２１Ｒ：受圧ダイヤフラム
３２２：センターダイヤフラム
３３１Ｌ，３３１Ｒ：パイプ
３３２Ｌ，３３２Ｒ：流路
３４１：センサケース
３４２：センサ
３４３：通信線

Claims

圧力または圧力差を検出するためのセンサを内蔵する検出器と、
測定圧を受けるためのシールダイヤフラムを受圧体本体に張り渡してなる受圧体と、
受圧体が受けた圧力を検出器へ伝達するためのキャピラリーチューブと、
を備えるリモートシール形の差圧・圧力検出器であって、
ステンレス製の受圧体本体とジルコニウム製のシールダイヤフラムとは接続部を介して接続され、この接続部は、
ジルコニウム製のダイアフラム側リングと、
タンタル製の受圧体側リングと、
による二層構造を備えることを特徴とするリモートシール形の差圧・圧力検出器。
圧力または圧力差を検出するためのセンサを内蔵する検出器と、
測定圧を受けるためのシールダイヤフラムを受圧体本体に張り渡してなる受圧体と、
受圧体が受けた圧力を検出器へ伝達するためのキャピラリーチューブと、
を備えるリモートシール形の差圧・圧力検出器であって、
ステンレス製の受圧体本体とジルコニウム製のシールダイヤフラムとは接続部を介して接続され、この接続部は、
ジルコニウム製のダイアフラム側リングと、
チタン製の受圧体側リングと、
による二層構造を備えることを特徴とするリモートシール形の差圧・圧力検出器。