JP2515425B2 - 差圧測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、流体が充たされたシングルチャンバー差圧
センサを有する差圧測定装置であって、該シングルチャ
ンバー差圧センサは２つの測定コンデンサを有し、該測
定コンデンサの容量は検出される差圧により相反的にそ
して温度により同様に変化し、さらに所属の容量測定回
路によって測定信号に変換され、該測定信号は温度と差
圧を計算するために計算回路に供給される形式のものに
関する。

従来の技術 この種の差圧測定装置は、西独特許第3504329号公報
から公知である。シングルチャンバー差圧センサは円筒
状の本体からなり、その本体の両端面にはそれぞれ１つ
のダイヤフラムが中空室を形成する様に取り付けられて
いる。測定コンデンサは薄膜電極によって形成されてお
り、該薄膜電極は本体とダイヤフラムの互いに向き合っ
た面に取り付けられている。両方の中空室は本体の中で
形成されている管路によって互いに接続されており、こ
のように形成されるチャンバ全体の総内容積は非圧縮性
の流体で充たされる。両ダイヤフラムに作用する圧力の
大きさが違うときには、両ダイヤフラムは流体による結
合に基づき同方向に変位し、従って１方のダイヤフラム
は本体に近づき他方のダイヤフラムは本体から離れる。
そのために測定コンデンサの容量は差圧に依存して相互
に逆方向に変化し、差圧は近似的に容量値の逆数の差に
比例する。これに対して流体の容積が温度変化によって
変動する時には、両ダイヤフラムは反対の方向に変位
し、それぞれ同時に本体に近ずくか、又は本体から離れ
る。そのため測定コンデンサの容量は温度に依存して同
じ方向に変動し、温度は近似的に容量値の逆数の和に比
例する。計算回路は容量値の逆数の和から温度を計算
し、容量値の逆数の差から算出された差圧の温度依存性
を修正するためにこの計算結果を利用する。

この公知の差圧測定装置によれば温度変動に左右され
ない差圧の測定結果が得られるが、しかしながら誤った
測定結果を生じさせるような障害やその他の誤差の原因
は識別できない。識別できない測定誤差の原因には例え
ば損傷又は消耗等によるダイヤフラム特性の変化や気密
でないことによる流体の損失などが上げられる。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は冒頭に述べた形式の装置において、誤
った測定結果を生じさせる障害やその他の誤差の原因を
より確実な自己監視装置によって識別し指示することの
できる差圧測定装置を提供することである。

課題を解決するための手段 上記課題は本発明により、シングルチャンバー差圧セ
ンサの温度を直接測定するための温度測定装置と比較装
置とを有し、該比較装置は測定コンデンサの容量から算
出された温度と測定された温度とを比較し、比較された
温度間の相違が所定の限界値を上回った場合にエラーの
発生を指示する信号を送出するように構成されて解決さ
れる。

本発明による差圧測定装置では、各障害や誤った容量
測定つながるる誤差の原因があれば容量値から算出され
た温度と直接測定された温度との偏差が生じる。したが
って算出された差圧と算出された温度の値が尤もらしく
見える場合にも、測定ローラの存在が確実に装置自身で
識別され指示される。もちろん、例えばケーブル破損や
容量測定回路の故障等のように完全な測定欠落に結び付
く障害も同じように直ちに識別され指示される。さら
に、追加された温度測定装置も正しく機能しているかど
うかが監視される。なぜなら温度測定装置におけるあら
ゆる障害は、容量値から算出された温度と測定された温
度とのずれを引き起こすからである。このようにして差
圧測定装置の高い安全性に基づいた完全な自己監視シス
テムが成立する。

本発明の有利な構成例によれば温度測定装置は、差圧
センサに取り付けられている温度センサと、該温度セン
サと接続している温度測定回路とを有している。

実施例 本発明の差圧測定装置及びその実施例を図面に基づき
詳細に説明する。

図面に示されている差圧測定装置は、シングルチャン
バー差圧センサ10と評価回路から成っている。シングル
チャンバ差圧センサ10は１個の円筒状の本体11を有して
おり、該本体の両端面には２つの弾性ダイヤフラム12と
13が、周囲に延在するスペーサリング14ないし15の嵌め
込みによって固定されている。本体11とダイヤフラム1
2、13は電気絶縁された材料、有利にはメタルオキシド
セラミックから成っている。同じようにスペーサリング
14と15も有利には電気絶縁された材料から成っている。
この材料は、本体11とダイヤフラム12、13とを密閉接続
させるような例えばガラスフリット製である。スペーサ
リング14、15を介して、ダイヤフラム12、13は本体11と
間隔を保っており、このことによって各ダイヤフラム1
2、13とそれに向かう本体11の端面との間で平らな中空
室16ないし17が形成される。２つの中空室16、17は本体
11の中で形成されている軸方向の管路18により相互に接
続されており、それによって２つの中空室16、17は共通
のチャンバを形成し、該チャンバは外部に対して密閉さ
れている。このチャンバの全容積は、非圧縮性で絶縁性
の流体、例えばシリコンオイル等で充たされている。

本体11に向いたダイヤフラム12の内側は、薄膜電極21
で覆われており、該薄膜電極21は本体11の、薄膜電極21
に向かう側の端面上にあるリング状薄膜電極22に対向し
ている。同じようにダイヤフラム13の内側も薄膜電極23
で覆われており、この薄膜電極23も本体11の、薄膜電極
23側端面上にあるリング状薄膜電極24に対向している。
薄膜電極21、22、23、24は接続導体25、26、27、28を介
して外部から接続し得る接続端子31、32、33、34と接続
している。図示の実施例では接続導体25から28が薄膜導
体条片で構成され、該薄膜導体条片は所属の薄膜電極21
から24までと共に被着され、スペーサリング14、15と本
体11ないしダイヤフラム12、13との間で外周縁に向かっ
て延びている。例えば薄膜電極21から24までを薄膜導体
条片25から28と共に被着することができる。

薄膜電極21は対向する薄膜電極22とで容量C1′の第１
の測定コンデンサ35を形成し、この容量は接続端子31と
32との間で測定可能である。さらに薄膜電極23は対向す
る薄膜電極24とで容量C2′の第２の測定コンデンサ36を
形成し、この容量は接続端子33と34との間で測定可能で
ある。

ダイヤフラム12に作用する圧力はP1で、ダイヤフラム
13に作用する圧力はP2で表す。両方の圧力P1とP2が同じ
大きさの場合には、差圧は次式、 △Ｐ＝P1−P2 から０となり、差圧センサ10は図示の平衡状態にある。
ここにおいて製造公差のない完全な対称構造を条件とす
れば、両測定コンデンサ35と36の容量C1とC2は同じ大き
さである。従って両ダイヤフラム12、13の間の全内容積
を充たしている非圧縮性の流体20は、両ダイヤフラムに
作用する圧力P1とP2とが同じ場合には、これらの圧力に
よって変位されない。しかし例えば圧力P1がP2よりも大
きいときには、圧力P1はダイヤフラム12を本体11の方へ
変位させることができる。その際非圧縮性流体20の１部
は中空室16から管路18を介して中空室17の方へ押しやら
れ、そのためダイヤフラム13は圧力P2に抗して本体11か
ら離れて外側に向かって変位される。両ダイヤフラム1
2、13の変位のために薄膜電極21と22間の間隔は小さく
なり、薄膜電極23と24間の間隔は大きくなる。それに応
じて容量C1は大きくなり容量C2は小さくなる。このこと
から差圧△Ｐは、２つの容量C1、C2を測定することによ
って決定される。もし非直線性と障害による影響の大き
さを無視するならば、差圧△Ｐは容量値の逆数の差に近
似的に比例し、次式： △Ｐ＝Kp・（1/C1−1/C2） ..（１） が成り立つ。

差圧測定に影響を与える重大な障害量には温度があ
る。というのは２つの測定コンデンサの容量C1,C2が差
圧△Ｐの他に温度にも依存しているからである。つまり
温度が変化した場合、両ダイヤフラム12、13間に密閉さ
れた流体20の容積も変化する。もし温度上昇して流体20
の容積が大きくなれば、両ダイヤフラム12、13は外方に
変位し、１方では薄膜電極21と22間の間隔がそして他方
では薄膜電極23と24間の間隔が同時に比較的大きくな
る。それに応じて容量C1,C2は同時に小さくなる。これ
とは反対に温度低下によって流体容積が減少した場合に
は容量値C1,C2は同時に大きくなる。温度変化は容量値
の逆数の和に近似的に比例しており、次式： △Ｔ＝KT・（1/C1＋1/C2） ..（２） が成り立つ。

これらのことに基づいて次のことが可能である。すな
わち測定された容量C1とC2から、シングルチャンバー差
圧センサ10の温度を測定することと、差圧△Ｐの温度依
存性を修正するためにシングルチャンバー差圧センサ10
の温度を利用することが可能である。このことは図示の
差圧測定装置の後述する評価回路において行なわれる。

評価回路は第１の容量測定回路41と第２の容量測定回
路42とを有している。第１の容量測定回路41は容量C1を
測定するために接続端子31、32に接続されており、第２
の容量測定回路42は容量C2を測定するために接続端子3
3、34に接続されている。各容量測定回路は次の様に構
成されている。すなわち測定された容量に比例する測定
信号を出力側で送出するように構成されている。これに
よって容量評価回路41は容量値の逆数1/C1に比例する測
定信号を送出し、さらに容量評価回路42は容量値の逆数
1/C2に比例する信号を送出する。

２つの容量評価回路41、42から送出された測定信号は
計算回路43に供給され、この計算回路43は供給された測
定信号から差圧△Ｐを計算する。図解のために図面上で
は計算回路43が減算回路44を有していることが示されて
いる。この減算回路43は２つの容量測定回路41、42から
の測定信号を受け取り、そして容量値の逆数の差（1/C1
−1/C2）に比例する信号を出力側に送出する。この比例
する信号は差圧計算器45へ供給されていく。さらに計算
回路43は加算回路46を有していることが示されており、
この加算回路46も同じように２つの容量測定回路41、42
からの測定信号を受け取り、そして容量値の逆数の和
（1/C1＋1/C2）に比例する信号を出力側に送出してい
る。この比例する信号は温度計算器47に供給されてお
り、該温度計算器47は供給された信号からシングルチャ
ンバー差圧センサ10の温度T1を算出する。この温度T1は
同じように差圧計算器45に伝達され、該差圧計算器45は
差圧△Ｐを修正する計算の際にこの温度T1を考慮する。
さらに差圧計算器45は差圧△Ｐの計算の際に一定の修正
係数を考慮しており、この修正係数はシングルチャンバ
ー差圧センサの校正の際に求められ計算回路43に記憶さ
れる。例えばこの修正係数はシングルチャンバー差圧セ
ンサ10の感度などの製造公差に基づいた測定値の０点シ
フトに係わる。

差圧計算器45から計算された差圧△Ｐは差圧表示器48
に表示され得る。

計算回路43は任意のそれ自体公知の方法で構成され得
るものであり、例えば公知のアナログ又はデジタル回路
等である。有利には計算回路は適切にプログラミングさ
れたマイクロプロセッサによって形成される。容量測定
回路41、42から供給される測定信号がマイクロプロセッ
サの処理に直接適する形でない場合にはもちろん、必要
なアナログ−デジタル変換器又はインターフェースが使
用されなければならない。このことは当業者にはよく知
られている。

以上述べて来た部分は公知の従来技術に相応する。図
示の差圧測定装置は次に述べる技術の点で従来技術とは
異なっている。

シングルチャンバー差圧センサ10には温度センサ50が
次のように取り付けられている。すなわち温度センサ50
が２つの測定コンデンサの容量値C1,C2によって温度計
算器47から算出される温度とほとんど同じ温度を検出す
るように取り付けられている。図面では温度センサ50の
円筒状の本体11の周面に取り付けられていることが示さ
れている。この温度センサ50は任意のそれ自体公知の温
度センサでよく、例えばPT100タイプの温度依存性抵抗
のものでよい。温度センサ50は温度測定回路51と接続さ
れており、この回路はその出力側で、温度センサ50から
検出した温度T2に応じた信号を送出している。この出力
信号は比較回路52に供給される。該比較回路52は他方で
は温度計算器47の出力信号を受け取っている。温度計算
器47は容量値C1,C2から計算された温度T1を送出してい
る。比較回路52は計算された温度T1を測定された温度T2
と比較している。両温度間において所定の限界値を上回
る偏差が存する場合には、比較回路52が信号を送出す
る。この信号は誤った測定結果を引起こすエラーが差圧
測定装置内で発生したことを知らせる。この信号はエラ
ーの存在を表示するために、そして／又は計算された差
圧が使用されるのを阻止するために、例えばエラーアラ
ームをトリガしたりあるいは他の方法で利用され得る。

この手法によれば差圧測定装置の全ての構成部材が申
し分のない運転状態に監視され得る。なぜなら誤った容
量測定につながる各障害やその他の誤差の原因が、算出
された温度T1と測定された温度T2間の偏差の中にすぐに
現れるからである。このことは得に次のような誤差の原
因に有効である。

1.シングルチャンバー差圧センサ10のオイル漏れ、 2.容量測定回路41、42の欠陥、 3.ケーブル破損、 4.温度センサ50または温度測定回路51の欠陥 発明の効果 本発明による差圧測定装置によれば、各障害や誤った
容量測定につながる誤差の原因のほかに、容量値から算
出された温度と直接測定された温度との偏差も得られ
る。さらに測定誤差の存在が確実に装置自信で識別され
て指示され、ケーブル破損や容量測定回路の故障等のよ
うに完全な測定欠落に結び付く障害も同じように直ちに
識別され指示される。その上さらに、所属の温度測定装
置も正しく機能しているかどうかが監視され、差圧測定
装置におけるより高い安全性を伴った完全自己監視シス
テムが得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による実施例の該略図を示してある。 10……シングルチャンバー差圧センサ、11……本体、1
2,13……ダイヤフラム、14,15……スペーサリング、16,
17……中空室、18……管路、20……流体、21〜24……薄
膜電極、25〜28……薄膜導体条片、31〜34……接続端
子、35,36……測定コンデンサ、41,42……容量測定回
路、43……計算回路、44……減算回路、45……差圧計算
器、46……加算回路、47……温度計算器、48……差圧表
示器、50……温度センサ、51……温度測定回路、52……
比較回路、53……エラーアラーム

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−103416（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−85636（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭62−500542（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体が充たされたシングルチャンバー差圧
   センサを有する差圧測定装置であって、該シングルチャ
   ンバー差圧センサは２つの測定コンデンサを有し、該測
   定コンデンサの容量は検出される差圧と共に相互に逆方
   向にそして温度と共に同方向に変化し、さらに所属の容
   量測定回路によって測定信号に変換され、該測定信号は
   温度と差圧を計算するために計算回路に供給される形式
   のものにおいて、 シングルチャンバー差圧センサの温度を直接測定するた
   めの温度測定装置と、 測定コンデンサの容量から算出された温度と測定された
   温度とを比較し、比較された温度間の偏差が所定の限界
   値を上回った場合に障害の発生を表示する信号を送出す
   る比較装置とを有していることを特徴とする差圧測定装
   置。
2. 【請求項２】温度測定装置は、差圧センサに取り付けら
   れる温度センサと、該温度センサに接続された温度測定
   回路とを有している請求項１項記載の差圧測定装置。