JP2898751B2 - 過圧保護手段を共用し、測定能力を拡大したトランスミッタ - Google Patents
過圧保護手段を共用し、測定能力を拡大したトランスミッタInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、圧力を検知するための圧力センサおよび、
印加された圧力が予定の限度を超えたときに圧力センサ
に印加される圧力を制限するための過圧保護手段を有す
るトランスミッタに関する。
印加された圧力が予定の限度を超えたときに圧力センサ
に印加される圧力を制限するための過圧保護手段を有す
るトランスミッタに関する。
圧力トランスミッタは、定められた圧力範囲内でプロ
セス流体圧力を測定するように、現在は設計されてい
る。予定の圧力限界を超える圧力によって圧力センサが
損傷するのを防ぐための過圧保護装置を有するトランス
ミッタもある。印加された圧力は、非圧縮性の流体を用
いて、印加された圧力を圧力センサに伝達するアイソレ
ータ装置に結合される。印加された圧力が予定の限界に
達した後では、過圧保護装置はアイソレータ流体がセン
サにさらに圧力を伝達するのを阻止する。しかし、典型
的な圧力センサの限界に起因して、測定上の種々の問題
がいまだに存在する。
セス流体圧力を測定するように、現在は設計されてい
る。予定の圧力限界を超える圧力によって圧力センサが
損傷するのを防ぐための過圧保護装置を有するトランス
ミッタもある。印加された圧力は、非圧縮性の流体を用
いて、印加された圧力を圧力センサに伝達するアイソレ
ータ装置に結合される。印加された圧力が予定の限界に
達した後では、過圧保護装置はアイソレータ流体がセン
サにさらに圧力を伝達するのを阻止する。しかし、典型
的な圧力センサの限界に起因して、測定上の種々の問題
がいまだに存在する。
一つの限界は、典型的な圧力センサの測定レンジは多
くの応用に対して必要な測定レンジより狭いことであ
る。圧力センサの圧力測定レンジ（PMR）は、一つの選
択的な設計パラメータではあるが、任意に広いわけでは
なく、過度の圧力はセンサを不正確にしたり損傷させた
りする。このトランスミッタのレンジ能力の問題は、各
々異なる圧力レンジを測定するセンサを有し、レンジの
重なる複数のトランスミッタを用いることで通常は解決
される。トランスミッタのレンジ能力の問題解決のため
にではなく、圧力測定における誤差を補償するために複
数の圧力センサを用いるトランスミッタもある。複数の
圧力センサの一般的な利用法はライン圧力補償（line p
ressure compensation）であり、その場合、測定された
圧力はトランスミッタ中の別の圧力センサによって検知
されたライン圧力測定値によって補償される。
くの応用に対して必要な測定レンジより狭いことであ
る。圧力センサの圧力測定レンジ（PMR）は、一つの選
択的な設計パラメータではあるが、任意に広いわけでは
なく、過度の圧力はセンサを不正確にしたり損傷させた
りする。このトランスミッタのレンジ能力の問題は、各
々異なる圧力レンジを測定するセンサを有し、レンジの
重なる複数のトランスミッタを用いることで通常は解決
される。トランスミッタのレンジ能力の問題解決のため
にではなく、圧力測定における誤差を補償するために複
数の圧力センサを用いるトランスミッタもある。複数の
圧力センサの一般的な利用法はライン圧力補償（line p
ressure compensation）であり、その場合、測定された
圧力はトランスミッタ中の別の圧力センサによって検知
されたライン圧力測定値によって補償される。
トランスミッタの交換にはプロセス時間をロスし、ま
た複数のトランスミッタを常に利用できるようにしてお
く必要があるので、ある用途では、複数のトランスミッ
タの使用が複雑で煩雑になる。圧力センサのレンジ限界
が問題の解決を阻んではいるが、トランスミッタの測定
能力を拡大したいという要求はいまだに存在する。
た複数のトランスミッタを常に利用できるようにしてお
く必要があるので、ある用途では、複数のトランスミッ
タの使用が複雑で煩雑になる。圧力センサのレンジ限界
が問題の解決を阻んではいるが、トランスミッタの測定
能力を拡大したいという要求はいまだに存在する。
発明の概要 本発明は、トランスミッタの測定能力を拡大する役割
を果たす少なくとも１つの付加的圧力センサと過圧保護
手段を共用する第１の圧力センサを備えたトランスミッ
タに関する。
を果たす少なくとも１つの付加的圧力センサと過圧保護
手段を共用する第１の圧力センサを備えたトランスミッ
タに関する。
このトランスミッタは少なくとも１つの印加された圧
力を検知し、圧力を検知するための第１のセンサを含
む。本発明は、印加された２つの圧力の間の差を検知す
る差圧トランスミッタ、印加された圧力と通常は大気圧
である基準圧力との間の圧力差を測定するゲージ圧トラ
ンスミッタ、および基準圧力が真空である一種のゲージ
圧トランスミッタである絶対圧トランスミッタに対して
実施できる。
力を検知し、圧力を検知するための第１のセンサを含
む。本発明は、印加された２つの圧力の間の差を検知す
る差圧トランスミッタ、印加された圧力と通常は大気圧
である基準圧力との間の圧力差を測定するゲージ圧トラ
ンスミッタ、および基準圧力が真空である一種のゲージ
圧トランスミッタである絶対圧トランスミッタに対して
実施できる。
種々のタイプの圧力センサを各タイプのトランスミッ
タ中で使用することができる。そのいくつかの例は、圧
力による容量、抵抗および共振周波数の変化に基づくも
のである。
タ中で使用することができる。そのいくつかの例は、圧
力による容量、抵抗および共振周波数の変化に基づくも
のである。
本発明に従って構成された差圧トランスミッタは、２
つの圧力を、実質的に非圧縮性のアイソレータ流体の一
対の分離された体積および一対の圧力入口に別々に結合
させるための過圧保護手段を有する。過圧保護手段は、
差圧が、それ以下ではいかなるセンサの損傷も生じない
予定の限界を超えるとき、アイソレータ流体によってセ
ンサに印加される圧力のそれ以上の増大を制限する。こ
のトランスミッタはまた、一対の付加的な圧力入口を有
する少なくとも１つの付加的圧力センサを有し、それぞ
れの各付加的入口は、付加的圧力センサが過圧保護手段
を第１の圧力センサと共用し、かつ、トランスミッタに
拡大された測定能力を付与するように、アイソレータ流
体の２つの体積の一方に通じている。
つの圧力を、実質的に非圧縮性のアイソレータ流体の一
対の分離された体積および一対の圧力入口に別々に結合
させるための過圧保護手段を有する。過圧保護手段は、
差圧が、それ以下ではいかなるセンサの損傷も生じない
予定の限界を超えるとき、アイソレータ流体によってセ
ンサに印加される圧力のそれ以上の増大を制限する。こ
のトランスミッタはまた、一対の付加的な圧力入口を有
する少なくとも１つの付加的圧力センサを有し、それぞ
れの各付加的入口は、付加的圧力センサが過圧保護手段
を第１の圧力センサと共用し、かつ、トランスミッタに
拡大された測定能力を付与するように、アイソレータ流
体の２つの体積の一方に通じている。
第１の好適実施例において、この測定能力の拡大は、
各々互いに実質的に異なる圧力測定レンジ（PMR）を有
する第１および第２のセンサを選択することによって達
成される。一例としての第２の圧力センサは、第１の圧
力センサのPMRと完全に重なると共に、それを越えて広
がっている第２のPMRを有する。このタイプの選択案
は、付加的圧力センサの使用によってトランスミッタPM
Rを効果的に拡大するもので、それぞれ他のものより順
次に広いPMRを有する各センサがトランスミッタのPMRを
拡大する。このタイプのトランスミッタで流量を表す圧
力を検知するとき、低流量において出力精度のさらなる
向上が実現される。それとは別に、冗長性を付与するた
めに、実質的に同一のPMRを有する複数の圧力センサを
使用してもよい。冗長性は、臨界的測定値の獲得を保証
し、また、自己診断機能を有するトランスミッタ中で用
いられたとき自己補正を可能にする。トランスミッタ中
の電子回路は、圧力センサの出力信号を調整してトラン
スミッタ出力を発生する。
各々互いに実質的に異なる圧力測定レンジ（PMR）を有
する第１および第２のセンサを選択することによって達
成される。一例としての第２の圧力センサは、第１の圧
力センサのPMRと完全に重なると共に、それを越えて広
がっている第２のPMRを有する。このタイプの選択案
は、付加的圧力センサの使用によってトランスミッタPM
Rを効果的に拡大するもので、それぞれ他のものより順
次に広いPMRを有する各センサがトランスミッタのPMRを
拡大する。このタイプのトランスミッタで流量を表す圧
力を検知するとき、低流量において出力精度のさらなる
向上が実現される。それとは別に、冗長性を付与するた
めに、実質的に同一のPMRを有する複数の圧力センサを
使用してもよい。冗長性は、臨界的測定値の獲得を保証
し、また、自己診断機能を有するトランスミッタ中で用
いられたとき自己補正を可能にする。トランスミッタ中
の電子回路は、圧力センサの出力信号を調整してトラン
スミッタ出力を発生する。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明に従って製作された、マルチセンサ
組立体を有する差圧トランスミッタの一部概略部分断面
図、 第２図は、第１図に示されたトランスミッタ中に用い
られたマルチセンサ組立体の断面図、 第2A図は、第２図に示された集積センサブロックのベ
ースをほぼ線2aから見た平面図、 第3A図および第3B図は、PMRの百分率で表した圧力の
関数としてプロットしたトランスミッタの誤差を表す
図、 第4A図は、本発明に従って製作され、流量測定に使用
された差圧センサの一部概略部分断面図、 第4B図は、第4A図中のトランスミッタに対して測定レ
ンジの百分率で圧力を表したグラフ、 第4C図は、第4A図中のトランスミッタに対して測定レ
ンジの百分率で流量を表したグラフ、 第５図は、本発明に従って製作されたゲージまたは絶
対圧トランスミッタの一部概略部分断面図、 第６図は、第５図に示されたトランスミッタ中に用い
られたマルチセンサ組立体の断面図、 第７図は、第１図のトランスミッタ中に用いられた別
のマルチセンサ組立体の断面図であり、光学的および圧
電的隔膜圧力センサを示す。
組立体を有する差圧トランスミッタの一部概略部分断面
図、 第２図は、第１図に示されたトランスミッタ中に用い
られたマルチセンサ組立体の断面図、 第2A図は、第２図に示された集積センサブロックのベ
ースをほぼ線2aから見た平面図、 第3A図および第3B図は、PMRの百分率で表した圧力の
関数としてプロットしたトランスミッタの誤差を表す
図、 第4A図は、本発明に従って製作され、流量測定に使用
された差圧センサの一部概略部分断面図、 第4B図は、第4A図中のトランスミッタに対して測定レ
ンジの百分率で圧力を表したグラフ、 第4C図は、第4A図中のトランスミッタに対して測定レ
ンジの百分率で流量を表したグラフ、 第５図は、本発明に従って製作されたゲージまたは絶
対圧トランスミッタの一部概略部分断面図、 第６図は、第５図に示されたトランスミッタ中に用い
られたマルチセンサ組立体の断面図、 第７図は、第１図のトランスミッタ中に用いられた別
のマルチセンサ組立体の断面図であり、光学的および圧
電的隔膜圧力センサを示す。
好適実施例の詳細な説明 第１図において、差圧トランスミッタ10は、差圧保護
装置12を加圧している２つの印加圧力P1およびP2間の差
を測定する。過圧保護装置12は２つの印加された圧力を
マルチセンサ組立体14中の圧力センサに結合させ、予定
の限度より大きな差圧が印加されたときマルチセンサ組
立体14を保護する。過圧保護装置12を共用することによ
り、センサ組立体14の各圧力センサ中で独立して過圧保
護を行うことが不要になる。
装置12を加圧している２つの印加圧力P1およびP2間の差
を測定する。過圧保護装置12は２つの印加された圧力を
マルチセンサ組立体14中の圧力センサに結合させ、予定
の限度より大きな差圧が印加されたときマルチセンサ組
立体14を保護する。過圧保護装置12を共用することによ
り、センサ組立体14の各圧力センサ中で独立して過圧保
護を行うことが不要になる。
クランプ15は、過圧保護装置12とマルチセンサ組立体
14を一体に結合する。マルチセンサ組立体14からの電気
出力は制御電子回路16に接続され、この制御電子回路は
センサ出力を既知の方法で制御し、差圧を表す出力をル
ープ18に発生し、典型的には、２線式電流ループ（例え
ば、４−20mA）通信規格に従って信号を出す。
14を一体に結合する。マルチセンサ組立体14からの電気
出力は制御電子回路16に接続され、この制御電子回路は
センサ出力を既知の方法で制御し、差圧を表す出力をル
ープ18に発生し、典型的には、２線式電流ループ（例え
ば、４−20mA）通信規格に従って信号を出す。
過圧保護装置12は、金製Ｏリング27,27または他の適
当なシールを用いて、境界面19cに沿って結合される上
部セクション19aおよび下部セクション19bから構成され
る。下部セクション19bはマウント用の２つのネジ穴25,
25を有する。上部セクション19aにおいて、印加された
圧力P1によってアイソレータ隔膜（ダイアフラム）20が
偏向されると、実質的に非圧縮性のアイソレータ流体24
が加圧され、圧力は通路26,28および30を介してマルチ
センサ組立体14に伝達されると共に、通路32を介して過
圧キャビティ34に伝達される。
当なシールを用いて、境界面19cに沿って結合される上
部セクション19aおよび下部セクション19bから構成され
る。下部セクション19bはマウント用の２つのネジ穴25,
25を有する。上部セクション19aにおいて、印加された
圧力P1によってアイソレータ隔膜（ダイアフラム）20が
偏向されると、実質的に非圧縮性のアイソレータ流体24
が加圧され、圧力は通路26,28および30を介してマルチ
センサ組立体14に伝達されると共に、通路32を介して過
圧キャビティ34に伝達される。
同様にして、アイソレータ隔膜22は、実質的に非圧縮
性の流体36を通して印加された圧力P2を通路38,40およ
び42を介して過圧キャビティ44に結合させると共に、通
路46を介してマルチセンサ組立体14に結合させる。アイ
ソレータ隔膜20および22の寸法および厚みは、所望のPM
R内で十分な柔軟性を有するように選択されている。
性の流体36を通して印加された圧力P2を通路38,40およ
び42を介して過圧キャビティ44に結合させると共に、通
路46を介してマルチセンサ組立体14に結合させる。アイ
ソレータ隔膜20および22の寸法および厚みは、所望のPM
R内で十分な柔軟性を有するように選択されている。
金製Ｏリング29および47または他の適当なシールは、
マルチセンサ組立体14の入口への通路30および46をシー
ルする。ボールとネジの組み合わせ53,53によってシー
ルされた２つの開口52,52から上部セクション19a中に導
入された２つのアイソレータ流体24および36間の圧力差
は、過圧キャビティ対34および44を分離している過圧隔
膜を偏向させる。２つのアイソレータ流体24および36の
体積は、流体の膨張の不整合に起因するトランスミッタ
誤差を少なくするためにほぼ等しくされている。という
のも、アイソレータ流体によっては、−40℃から125℃
の温度範囲において体積を約20％増大するものがあるか
らである。
マルチセンサ組立体14の入口への通路30および46をシー
ルする。ボールとネジの組み合わせ53,53によってシー
ルされた２つの開口52,52から上部セクション19a中に導
入された２つのアイソレータ流体24および36間の圧力差
は、過圧キャビティ対34および44を分離している過圧隔
膜を偏向させる。２つのアイソレータ流体24および36の
体積は、流体の膨張の不整合に起因するトランスミッタ
誤差を少なくするためにほぼ等しくされている。という
のも、アイソレータ流体によっては、−40℃から125℃
の温度範囲において体積を約20％増大するものがあるか
らである。
流体の体積は、低温で、印加された圧力の差が予定の
圧力限度以内のとき、アイソレータ隔膜がアイソレータ
隔膜支持体に突き当たらないように選択されるのが好ま
しい。従って、流体体積は、高温での膨張がアイソレー
タ隔膜の内側主要面に過大な圧力を与えてそれを広げ、
測定誤差をもたらすことがないように選択しなければな
らない。予定の差圧限度を超える差圧がトランスミッタ
10に印加されると、アイソレータ隔膜20または22をアイ
ソレータ隔膜支持体21または23に実質的に全面支持させ
るのに十分な量のアイソレータ流体24または36が過圧キ
ャビティ34または44中に流入し、同時に過圧キャビティ
44または34から流出するので、印加された圧力がマルチ
センサ組立体14に伝達されなくなる。
圧力限度以内のとき、アイソレータ隔膜がアイソレータ
隔膜支持体に突き当たらないように選択されるのが好ま
しい。従って、流体体積は、高温での膨張がアイソレー
タ隔膜の内側主要面に過大な圧力を与えてそれを広げ、
測定誤差をもたらすことがないように選択しなければな
らない。予定の差圧限度を超える差圧がトランスミッタ
10に印加されると、アイソレータ隔膜20または22をアイ
ソレータ隔膜支持体21または23に実質的に全面支持させ
るのに十分な量のアイソレータ流体24または36が過圧キ
ャビティ34または44中に流入し、同時に過圧キャビティ
44または34から流出するので、印加された圧力がマルチ
センサ組立体14に伝達されなくなる。
例えば、圧力P1が圧力P2より予定の差圧限度以上大き
いと、アイソレータ隔膜20の偏向によって十分な量のア
イソレータ流体24が過圧キャビティ34中に流入し、アイ
ソレータ隔膜20がアイソレータ隔膜支持体21に突き当た
るようになる。アイソレータ隔膜20が突き当たって着床
した後は、圧力P1のそれ以上の増大はアイソレータ流体
24に伝達されず、そして他のキャビティ44から押し出さ
れた流体はアイソレータ隔膜22を外側に偏向させる。
いと、アイソレータ隔膜20の偏向によって十分な量のア
イソレータ流体24が過圧キャビティ34中に流入し、アイ
ソレータ隔膜20がアイソレータ隔膜支持体21に突き当た
るようになる。アイソレータ隔膜20が突き当たって着床
した後は、圧力P1のそれ以上の増大はアイソレータ流体
24に伝達されず、そして他のキャビティ44から押し出さ
れた流体はアイソレータ隔膜22を外側に偏向させる。
第１図のマルチセンサ組立体14の第１の好適実施例が
第２図に示されている。セラミックヘッダー84中の圧力
入口80および82は、非圧縮性のアイソレータ流体24およ
び36をシリコンベース107およびガラスキャップ105を一
体にシールして作られた集積センサブロック86に結合さ
せる。集積センサブロック86は、差圧センサ88、付加的
（補助）圧力センサ90および温度センサ92からなる。温
度センサ92は差圧センサ88および90の付近の温度を測定
し、電子回路16はその出力を用いて既知の方法で温度に
起因する圧力センサ誤差を補償する。
第２図に示されている。セラミックヘッダー84中の圧力
入口80および82は、非圧縮性のアイソレータ流体24およ
び36をシリコンベース107およびガラスキャップ105を一
体にシールして作られた集積センサブロック86に結合さ
せる。集積センサブロック86は、差圧センサ88、付加的
（補助）圧力センサ90および温度センサ92からなる。温
度センサ92は差圧センサ88および90の付近の温度を測定
し、電子回路16はその出力を用いて既知の方法で温度に
起因する圧力センサ誤差を補償する。
セラミックキャップ94は、ガラスフリットシール96な
どの適当な手段によって、セラミックヘッダー84に結合
されている。金属フィードスルー（feedthrough）100が
ガラスフリットシール96の下に配置されていて、集積セ
ンサブロック86からの電気信号を、シールされたマルチ
センサ組立体14の外部に結合させる。ボールボンディン
グされたワイヤ束98および102または他の接続装置が電
気信号を集積センサブロック86から金属フィードスルー
100に伝達し、そこからさらに電子回路16に伝達する。
電子回路16は、圧力センサ88および90の出力を組合せて
差圧を表す単一の改善された出力を発生する。
どの適当な手段によって、セラミックヘッダー84に結合
されている。金属フィードスルー（feedthrough）100が
ガラスフリットシール96の下に配置されていて、集積セ
ンサブロック86からの電気信号を、シールされたマルチ
センサ組立体14の外部に結合させる。ボールボンディン
グされたワイヤ束98および102または他の接続装置が電
気信号を集積センサブロック86から金属フィードスルー
100に伝達し、そこからさらに電子回路16に伝達する。
電子回路16は、圧力センサ88および90の出力を組合せて
差圧を表す単一の改善された出力を発生する。
第１の態様において、センサが実質的に同一のPMRを
有しており、かつ２つの検知された圧力が実質的に同一
の値を有しているとすれば、出力は２つの検知された圧
力の平均値とすることができる。その場合に、２つの検
知された圧力の値が著しく異なっていれば、トランスミ
ッタはトランスミッタの故障を指示する出力信号（信号
手法が４−20mA電流ループ通信規格を採用しているとき
は、例えば25mAの出力）を発生することができる。
有しており、かつ２つの検知された圧力が実質的に同一
の値を有しているとすれば、出力は２つの検知された圧
力の平均値とすることができる。その場合に、２つの検
知された圧力の値が著しく異なっていれば、トランスミ
ッタはトランスミッタの故障を指示する出力信号（信号
手法が４−20mA電流ループ通信規格を採用しているとき
は、例えば25mAの出力）を発生することができる。
第２の態様においては、圧力センサは互いに異なるPM
Rを有し、PMRを連続的に拡大するように調整されること
ができる。最も狭いPMRを有するセンサは最も精度の高
い圧力センサであり、最も広いPMRを有するセンサは最
も精度が低いセンサである。トランスミッタのPMRは、
最も広いPMRを有するセンサのPMRと同じである。他のセ
ンサより広いPMRを有するセンサのPMRは完全に重複し、
その他の圧力センサのレンジの上限（URL）を超えて広
がる。２個のセンサを有するようなトランスミッタで
は、圧力がより正確なセンサのPMR内のとき、電子回路
はより狭いPMRを有し、より精度の高い方のセンサの出
力を選択してトランスミッタの出力に変換する。トラン
スミッタが精度の高い圧力センサのURLとトランスミッ
タのURLの間の圧力を測定するとき、電子回路は広いレ
ンジを有する圧力センサの出力を選択してトランスミッ
タの出力に変換する。このようにして、電子回路は与え
られた圧力においてより精度の高い圧力センサの出力を
選択する。これらの態様は別々にあるいは同時に利用で
きる。
Rを有し、PMRを連続的に拡大するように調整されること
ができる。最も狭いPMRを有するセンサは最も精度の高
い圧力センサであり、最も広いPMRを有するセンサは最
も精度が低いセンサである。トランスミッタのPMRは、
最も広いPMRを有するセンサのPMRと同じである。他のセ
ンサより広いPMRを有するセンサのPMRは完全に重複し、
その他の圧力センサのレンジの上限（URL）を超えて広
がる。２個のセンサを有するようなトランスミッタで
は、圧力がより正確なセンサのPMR内のとき、電子回路
はより狭いPMRを有し、より精度の高い方のセンサの出
力を選択してトランスミッタの出力に変換する。トラン
スミッタが精度の高い圧力センサのURLとトランスミッ
タのURLの間の圧力を測定するとき、電子回路は広いレ
ンジを有する圧力センサの出力を選択してトランスミッ
タの出力に変換する。このようにして、電子回路は与え
られた圧力においてより精度の高い圧力センサの出力を
選択する。これらの態様は別々にあるいは同時に利用で
きる。
差圧センサ88および90は、シリコンなどの脆い材料で
作った容量性圧力センサである。この実施例はバッチ製
造法を採用し、複数のセンサは脆い材料でできた単一の
基板上に同時に製作される。通常複数の基板が一つのグ
ループとして一緒に処理され、一般的には個々のセンサ
を別々に製作するより製作コストが低下する。このよう
な製造法の利点は、基板のグループ間のプロセス変動
（processing variation）が小さく、センサ仕様の厳重
な管理を確実に促進できることである。別の利点は、２
個のセンサ88および90がシリコンベース107上で互いに
隣接しているので、これらのバッチ製造センサ間のプロ
セス変動の大きさは、基板上でずっと離れている他の２
個の圧力センサに対するプロセス変動より小さいことで
ある。
作った容量性圧力センサである。この実施例はバッチ製
造法を採用し、複数のセンサは脆い材料でできた単一の
基板上に同時に製作される。通常複数の基板が一つのグ
ループとして一緒に処理され、一般的には個々のセンサ
を別々に製作するより製作コストが低下する。このよう
な製造法の利点は、基板のグループ間のプロセス変動
（processing variation）が小さく、センサ仕様の厳重
な管理を確実に促進できることである。別の利点は、２
個のセンサ88および90がシリコンベース107上で互いに
隣接しているので、これらのバッチ製造センサ間のプロ
セス変動の大きさは、基板上でずっと離れている他の２
個の圧力センサに対するプロセス変動より小さいことで
ある。
特に、構成要素の寸法に影響を与えるフォトリソグラ
フィーによる変動、金属プレートの間隔あるいは導体の
抵抗などのパラメータに影響を与えるフィルム厚の変
動、および構成要素の抵抗性に影響を与えるドーピング
の均質性の変動は、全てセンサ特性の全般的な性能変動
をまねく要因である。プロセス変動は、通常基板の全面
にわたって不均一であり、プロセス装置およびシーケン
スに依存する。
フィーによる変動、金属プレートの間隔あるいは導体の
抵抗などのパラメータに影響を与えるフィルム厚の変
動、および構成要素の抵抗性に影響を与えるドーピング
の均質性の変動は、全てセンサ特性の全般的な性能変動
をまねく要因である。プロセス変動は、通常基板の全面
にわたって不均一であり、プロセス装置およびシーケン
スに依存する。
圧力センサ88および90の容量検知機能は、２つのキャ
ビティ104a,104bの対向面上に配置され、各差圧センサ8
8および90中にそれぞれコンデンサを形成する２対の金
属電極103a,103bによって成し遂げられる。アイソレー
タ流体24および36間の圧力差は隔膜108a,108bを偏向さ
せ、各金属電極対103a、103bの間隔を変化させてコンデ
ンサの容量変化を惹起させる。付加的差圧センサ90は差
圧センサ88より狭いレンジで差圧を測定し、差圧センサ
88によって測定される高い差圧から保護するための両方
向性の過圧ストップ（制止片）110a,110bを有する。第2
A図はシリコンベース107の平面図であり、金属電極103
a,103bおよび温度センサ92を示している。
ビティ104a,104bの対向面上に配置され、各差圧センサ8
8および90中にそれぞれコンデンサを形成する２対の金
属電極103a,103bによって成し遂げられる。アイソレー
タ流体24および36間の圧力差は隔膜108a,108bを偏向さ
せ、各金属電極対103a、103bの間隔を変化させてコンデ
ンサの容量変化を惹起させる。付加的差圧センサ90は差
圧センサ88より狭いレンジで差圧を測定し、差圧センサ
88によって測定される高い差圧から保護するための両方
向性の過圧ストップ（制止片）110a,110bを有する。第2
A図はシリコンベース107の平面図であり、金属電極103
a,103bおよび温度センサ92を示している。
第3A図には、２個の差圧センサ88および90の出力の典
型的な最大補正不能誤差が、トランスミッタ10のPMRの
関数として図示されている。垂直軸120は最大補正不能
センサ誤差をトランスミッタ10のURLの百分率として示
し、水平軸122は印加された圧力をトランスミッタ10のP
MRの百分率として示す。
型的な最大補正不能誤差が、トランスミッタ10のPMRの
関数として図示されている。垂直軸120は最大補正不能
センサ誤差をトランスミッタ10のURLの百分率として示
し、水平軸122は印加された圧力をトランスミッタ10のP
MRの百分率として示す。
線124で表された差圧センサ88の最大補正不能誤差
は、垂直軸とＥで交差する。このセンサのPMRは、100％
の線128で表されるトランスミッタ10のPMRと実質的に同
一である。線126で表された付加的差圧センサ90に対す
る最大補正不能誤差は、垂直軸とE/4で交差し、そのPMR
は線129で表されたトランスミッタ10のURLの25％に達す
る。最大補正不能誤差は実質的に圧力に依存せず、セン
サのURLに比例する。圧力センサ88は圧力センサ90の４
倍大きなPMRを有するので、最大補正不能誤差も同様に
４倍大きい。換言すると、広い測定レンジを有するセン
サは狭い測定レンジを有するセンサより大きな補正不能
誤差を有する。
は、垂直軸とＥで交差する。このセンサのPMRは、100％
の線128で表されるトランスミッタ10のPMRと実質的に同
一である。線126で表された付加的差圧センサ90に対す
る最大補正不能誤差は、垂直軸とE/4で交差し、そのPMR
は線129で表されたトランスミッタ10のURLの25％に達す
る。最大補正不能誤差は実質的に圧力に依存せず、セン
サのURLに比例する。圧力センサ88は圧力センサ90の４
倍大きなPMRを有するので、最大補正不能誤差も同様に
４倍大きい。換言すると、広い測定レンジを有するセン
サは狭い測定レンジを有するセンサより大きな補正不能
誤差を有する。
トランスミッタ10の最大補正不能誤差は、２つのセン
サの誤差特性を結合したもので、第3B図に示されてい
る。
サの誤差特性を結合したもので、第3B図に示されてい
る。
第3B図は、垂直軸132にトランスミッタのURLの百分率
をとり、水平軸134に印加された圧力をトランスミッタ1
0のPMRの百分率としてとって、トランスミッタ10の最大
補正不能誤差を線130で表わしている。付加的差圧セン
サ90を設けたことによって、トランスミッタ10のPMRの
最初の約25％の間最大誤差が４分の１に減少しており、
トランスミッタの性能向上が立証されている。
をとり、水平軸134に印加された圧力をトランスミッタ1
0のPMRの百分率としてとって、トランスミッタ10の最大
補正不能誤差を線130で表わしている。付加的差圧セン
サ90を設けたことによって、トランスミッタ10のPMRの
最初の約25％の間最大誤差が４分の１に減少しており、
トランスミッタの性能向上が立証されている。
トランスミッタ10に差圧が印加され、第3B図の水平軸
を左から右に移動することに対応して、トランスミッタ
レンジの下限から上限（100％）に増大する例を考え
る。電子回路16は、ノイズ並びに圧力および温度ヒステ
リシスなどの補正不能な誤差は別として、差圧非線形
性、ライン圧力非線形性および温度が関係する非線形性
などの補正可能な誤差を実質的に除去するように各セン
サの出力を調節する。
を左から右に移動することに対応して、トランスミッタ
レンジの下限から上限（100％）に増大する例を考え
る。電子回路16は、ノイズ並びに圧力および温度ヒステ
リシスなどの補正不能な誤差は別として、差圧非線形
性、ライン圧力非線形性および温度が関係する非線形性
などの補正可能な誤差を実質的に除去するように各セン
サの出力を調節する。
水平軸上の25％マークに相当するそのセンサのURLに
達するまでは、付加的差圧センサ90からの調整された出
力が選択され、トランスミッタ10の出力に変換される。
この段階で、電子回路16は差圧センサ88の出力を選択
し、トランスミッタ10の出力として変換する。この圧力
センサの態様において、電子回路は、与えられた圧力に
おいて最も精度の高いセンサの出力を選択する。トラン
スミッタ10のPMRの最初の25％を超えたある特定の点
で、付加的差圧センサ90の過圧限界を超えると、センサ
の過圧保護ストップ110aまたは110bの一方が係合して隔
膜108bのそれ以上の偏向を防止する。これは、アイソレ
ータ隔膜をアイソレータ隔膜支持体に係止させることに
よってトランスミッタ中の全てのセンサを保護するトラ
ンスミッタに対する過圧保護とは異なる。
達するまでは、付加的差圧センサ90からの調整された出
力が選択され、トランスミッタ10の出力に変換される。
この段階で、電子回路16は差圧センサ88の出力を選択
し、トランスミッタ10の出力として変換する。この圧力
センサの態様において、電子回路は、与えられた圧力に
おいて最も精度の高いセンサの出力を選択する。トラン
スミッタ10のPMRの最初の25％を超えたある特定の点
で、付加的差圧センサ90の過圧限界を超えると、センサ
の過圧保護ストップ110aまたは110bの一方が係合して隔
膜108bのそれ以上の偏向を防止する。これは、アイソレ
ータ隔膜をアイソレータ隔膜支持体に係止させることに
よってトランスミッタ中の全てのセンサを保護するトラ
ンスミッタに対する過圧保護とは異なる。
要約すると、トランスミッタ10のPMRの最初の25％レ
ンジにおける最大補正不能誤差がトランスミッタ10の残
りのレンジの最大補正不能誤差の４分の１であるので、
トランスミッタ10の性能が向上する。このことは、トラ
ンスミッタのレンジの下限近くでの圧力測定にとって重
要である。何故なら、圧力が測定下限に近づくにつれて
測定値に占める誤差の割合が大きくなるからである。第
3B図から、高レベルの誤差という代償を払ってはいる
が、差圧センサ88の存在がトランスミッタのPMRを拡大
していることに注目すると、拡大された測定能力を別の
表現で言い表すこともできる。
ンジにおける最大補正不能誤差がトランスミッタ10の残
りのレンジの最大補正不能誤差の４分の１であるので、
トランスミッタ10の性能が向上する。このことは、トラ
ンスミッタのレンジの下限近くでの圧力測定にとって重
要である。何故なら、圧力が測定下限に近づくにつれて
測定値に占める誤差の割合が大きくなるからである。第
3B図から、高レベルの誤差という代償を払ってはいる
が、差圧センサ88の存在がトランスミッタのPMRを拡大
していることに注目すると、拡大された測定能力を別の
表現で言い表すこともできる。
トランスミッタ10の測定能力を拡大する他の方法は、
実質的に同一のPMRを有する少なくとも２個の圧力セン
サをトランスミッタ10に組み込むことである。トランス
ミッタ10のスパンは影響を受けず、PMR全体を通しての
精度は一定である。しかし、このような冗長性は、臨界
的な測定に対する二重の安全性（security）およびトラ
ンスミッタの自己補正特性を付与することによって、ト
ランスミッタ10の測定能力を拡大する。
実質的に同一のPMRを有する少なくとも２個の圧力セン
サをトランスミッタ10に組み込むことである。トランス
ミッタ10のスパンは影響を受けず、PMR全体を通しての
精度は一定である。しかし、このような冗長性は、臨界
的な測定に対する二重の安全性（security）およびトラ
ンスミッタの自己補正特性を付与することによって、ト
ランスミッタ10の測定能力を拡大する。
第3B図には、トランスミッタ10の予定の圧力限界はト
ランスミッタのPMRの150％として符号140で図示されて
おり、それは全ての構造的損傷がこの限界より大きな印
加差圧で発生するように選択されている。第3B図では、
最大補正不能誤差はトランスミッタの過圧限度を超える
圧力で線分142によって表されているように単調増加す
る。
ランスミッタのPMRの150％として符号140で図示されて
おり、それは全ての構造的損傷がこの限界より大きな印
加差圧で発生するように選択されている。第3B図では、
最大補正不能誤差はトランスミッタの過圧限度を超える
圧力で線分142によって表されているように単調増加す
る。
トランスミッタ10は、予定の限度を超える圧力の適用
の前後で既知の仕様に従って動作する。この仕様はメー
カーまたは販売業者によって提供されるもので、通常は
プロセス測定制御用語についての文書である科学装置製
造者協会（SAMA）プロセス、測定および制御（PMC）20.
1−1973に従って規定され、一般的試験方法文書SAMA PM
C31.1−1980に規定された方法に従って試験された仕様
を用いる。そのような限度の選択に対する基準並びにト
ランスミッタの測定能力の拡大方法は、ゲージ測定また
は絶対圧測定など他のタイプのトランスミッタにも同様
に良好に適用される。
の前後で既知の仕様に従って動作する。この仕様はメー
カーまたは販売業者によって提供されるもので、通常は
プロセス測定制御用語についての文書である科学装置製
造者協会（SAMA）プロセス、測定および制御（PMC）20.
1−1973に従って規定され、一般的試験方法文書SAMA PM
C31.1−1980に規定された方法に従って試験された仕様
を用いる。そのような限度の選択に対する基準並びにト
ランスミッタの測定能力の拡大方法は、ゲージ測定また
は絶対圧測定など他のタイプのトランスミッタにも同様
に良好に適用される。
第4A図は、機能ブロック400によって表されたトラン
スミッタを示し、パイプ402中の流れ制限部401に対して
上流および下流に位置するタップ403,403を介して印加
された圧力P1およびP2を測定する。矢印ｆによって表さ
れたパイプ402中の流量は、実質的にP1とP2の差の平方
根に比例する。２つの圧力は、機能ブロック404,404に
よって表されたアイソレータ隔膜を偏向させ、そのこと
によって実質的に非圧縮性のアイソレータ流体406,406
の２つの別々の体積が加圧され、印加された圧力はトラ
ンスミッタ400中の圧力センサに伝達される。
スミッタを示し、パイプ402中の流れ制限部401に対して
上流および下流に位置するタップ403,403を介して印加
された圧力P1およびP2を測定する。矢印ｆによって表さ
れたパイプ402中の流量は、実質的にP1とP2の差の平方
根に比例する。２つの圧力は、機能ブロック404,404に
よって表されたアイソレータ隔膜を偏向させ、そのこと
によって実質的に非圧縮性のアイソレータ流体406,406
の２つの別々の体積が加圧され、印加された圧力はトラ
ンスミッタ400中の圧力センサに伝達される。
第１の圧力センサ410は対をなすアイソレータ流体40
6,406（それぞれ固有の体積を有する）に通じる一対の
圧力入口412,412を有し、印加された差圧を表す出力信
号をライン414上に発生する。アイソレータ流体406,406
の体積に通じる一対の圧力入口418,418を有する付加的
圧力センサ416が設けられ、これは第１の圧力センサ410
のPMRの半分のPMRを有するように設計され、印加された
差圧を表す出力信号をライン420に発生する。残りの付
加的圧力センサ422もアイソレータ流体406,406の体積に
通じる一対の圧力入口424,424を有し、そのPMRは付加的
圧力センサ416の25％であって、印加された差圧を表す
出力426を発生する。先に述べたように、最も狭いPKRを
有する圧力センサ、すなわち付加的センサ422は、最も
小さい最大補正不能誤差を有する。
6,406（それぞれ固有の体積を有する）に通じる一対の
圧力入口412,412を有し、印加された差圧を表す出力信
号をライン414上に発生する。アイソレータ流体406,406
の体積に通じる一対の圧力入口418,418を有する付加的
圧力センサ416が設けられ、これは第１の圧力センサ410
のPMRの半分のPMRを有するように設計され、印加された
差圧を表す出力信号をライン420に発生する。残りの付
加的圧力センサ422もアイソレータ流体406,406の体積に
通じる一対の圧力入口424,424を有し、そのPMRは付加的
圧力センサ416の25％であって、印加された差圧を表す
出力426を発生する。先に述べたように、最も狭いPKRを
有する圧力センサ、すなわち付加的センサ422は、最も
小さい最大補正不能誤差を有する。
電子回路428は、圧力センサ出力426,420および414の
うち最も精度の高いものを選択し、それをパイプ402中
の流量またはオリフィス401の両側に印加された差圧の
いずれかを表す出力430に変換する。
うち最も精度の高いものを選択し、それをパイプ402中
の流量またはオリフィス401の両側に印加された差圧の
いずれかを表す出力430に変換する。
圧力トランスミッタ400はプロセス制御中に流量を測
定する。同一のトランスミッタに対して、付加的圧力セ
ンサによってもたらされた精度向上の影響を受けた流量
測定レンジの割合は、圧力測定への応用において、同一
の付加的圧力センサによる影響を受けた圧力測定レンジ
の割合より大きい。この差は、流量と圧力の間の非線形
的な関係のせいである。第4B図および第4C図は、圧力測
定および流量測定において、それぞれ付加的圧力センサ
416,422の影響を受けた測定レンジの割合（％）を示
す。
定する。同一のトランスミッタに対して、付加的圧力セ
ンサによってもたらされた精度向上の影響を受けた流量
測定レンジの割合は、圧力測定への応用において、同一
の付加的圧力センサによる影響を受けた圧力測定レンジ
の割合より大きい。この差は、流量と圧力の間の非線形
的な関係のせいである。第4B図および第4C図は、圧力測
定および流量測定において、それぞれ付加的圧力センサ
416,422の影響を受けた測定レンジの割合（％）を示
す。
第4B図は、ゼロからURL印加圧力まで、トランスミッ
タ400のPMRの百分率として差圧を示す。ライン426によ
って表された付加的圧力センサ422の出力は、ゼロ印加
圧力と0.125URLの間の430で指示されるレンジ中で選択
されてトランスミッタ400の出力に変換される。ライン4
20によって表された付加的圧力センサ416の出力は、0.1
25URLと0.50URLの間の432で指示されるレンジ中で選択
されてトランスミッタ400の出力に変換される。最後
に、ライン414によって表された第１の圧力センサ410の
出力は、トランスミッタ測定レンジの434で指示された
レンジに対して選択されてトランスミッタ400の出力に
変換される。付加的圧力センサは、流量測定レンジの50
％にわたって精度を向上させる。
タ400のPMRの百分率として差圧を示す。ライン426によ
って表された付加的圧力センサ422の出力は、ゼロ印加
圧力と0.125URLの間の430で指示されるレンジ中で選択
されてトランスミッタ400の出力に変換される。ライン4
20によって表された付加的圧力センサ416の出力は、0.1
25URLと0.50URLの間の432で指示されるレンジ中で選択
されてトランスミッタ400の出力に変換される。最後
に、ライン414によって表された第１の圧力センサ410の
出力は、トランスミッタ測定レンジの434で指示された
レンジに対して選択されてトランスミッタ400の出力に
変換される。付加的圧力センサは、流量測定レンジの50
％にわたって精度を向上させる。
第4C図は、トランスミッタ400の流量測定レンジの百
分率として流量を示す。次式で与えられる流量と圧力の
平方根の間の比例則を用いる。
分率として流量を示す。次式で与えられる流量と圧力の
平方根の間の比例則を用いる。
ｆ＝k(P)1/2 ここで、ｆは流量、ｋは比例定数であり、ＰはP1とP2の
差である。430で指示された付加的圧力センサ422のレン
ジは436で指示されるゼロと0.35k(URL)1/2間のレンジに
拡大される。同様にして、432で指示された付加的圧力
センサ416のレンジは、438で指示される0.35k(URL)1/2
と0.71k(URL)1/2間のレンジに拡大される。最後に、434
で指示された残る第１の圧力センサ410のレンジは、440
で指示される0.71k(URL)1/2とk(URL)1/2間の流量測定レ
ンジになる。精度の向上は、第4B図の場合の圧力測定レ
ンジの50％に対して、流量測定レンジの71％にわたって
達成される。
差である。430で指示された付加的圧力センサ422のレン
ジは436で指示されるゼロと0.35k(URL)1/2間のレンジに
拡大される。同様にして、432で指示された付加的圧力
センサ416のレンジは、438で指示される0.35k(URL)1/2
と0.71k(URL)1/2間のレンジに拡大される。最後に、434
で指示された残る第１の圧力センサ410のレンジは、440
で指示される0.71k(URL)1/2とk(URL)1/2間の流量測定レ
ンジになる。精度の向上は、第4B図の場合の圧力測定レ
ンジの50％に対して、流量測定レンジの71％にわたって
達成される。
要約すると、改善されたトランスミッタは、測定レン
ジに対する割合でみて、流量測定への応用の方が圧力測
定への応用の場合より精度が高まる割合が大きくなる。
ジに対する割合でみて、流量測定への応用の方が圧力測
定への応用の場合より精度が高まる割合が大きくなる。
第５図には、印加された圧力P1とゲージ基準圧PREF間
の差を測定するゲージ圧トランスミッタ130が示されて
いる。圧力P1は過圧保護装置132に作用し、過圧保護装
置は印加された圧力をマルチセンサ組立体134中の圧力
センサに結合させる。クランプ136または他の適当な器
具が、マルチセンサ組立体134を過圧保護装置132に固定
する。出力ライン133は、、マルチセンサ組立体134を電
子回路138に電気的に接続する。電子回路138は、出力に
既知の方法で作用して印加されたゲージ圧を表す出力を
ループ140に発生し、典型的には２線式４−20mA電流ル
ープ通信規格に従って信号を送出する。
の差を測定するゲージ圧トランスミッタ130が示されて
いる。圧力P1は過圧保護装置132に作用し、過圧保護装
置は印加された圧力をマルチセンサ組立体134中の圧力
センサに結合させる。クランプ136または他の適当な器
具が、マルチセンサ組立体134を過圧保護装置132に固定
する。出力ライン133は、、マルチセンサ組立体134を電
子回路138に電気的に接続する。電子回路138は、出力に
既知の方法で作用して印加されたゲージ圧を表す出力を
ループ140に発生し、典型的には２線式４−20mA電流ル
ープ通信規格に従って信号を送出する。
過圧保護装置132は、構造的一体性を付与し、かつ境
界面172に沿って結合されるステンレススチールまたは
他の材料からなる下部セクション168および上部セクシ
ョン170として形成されている。上部セクション170は、
金製Ｏリング182,183,183または他の適当なシールを用
いて下部セクション168に対してシールされている。一
定体積の実質的に非圧縮性のアイソレータ流体144は、
ボールとネジの組み合わせ178または他の適当なシール
によってシールされた鋳造開口174から過圧保護装置132
に入れられる。下部セクション168は、２つのマウント
用のネジ穴180,180を有する。
界面172に沿って結合されるステンレススチールまたは
他の材料からなる下部セクション168および上部セクシ
ョン170として形成されている。上部セクション170は、
金製Ｏリング182,183,183または他の適当なシールを用
いて下部セクション168に対してシールされている。一
定体積の実質的に非圧縮性のアイソレータ流体144は、
ボールとネジの組み合わせ178または他の適当なシール
によってシールされた鋳造開口174から過圧保護装置132
に入れられる。下部セクション168は、２つのマウント
用のネジ穴180,180を有する。
印加された圧力P1は過圧保護装置132のアイソレータ
隔膜142を偏向させる。この偏向によって、圧力をマル
チセンサ組立体134に伝える通路146,148および150を満
たし、また圧力を過圧キャビティ154に伝える通路152を
満たしているアイソレータ流体144が加圧される。金製
Ｏリングシール156または他の適当な器具は、マルチセ
ンサ組立体134への通路150をシールする。通路158は、
ゲージ基準圧PREFを過圧キャビティ160に伝える。基準
圧は時々ゲージ圧から実質的な真空圧に変えられて絶対
圧の測定が行われる。絶対圧測定は付加的な器具を何ら
必要とせず、この分野の技術者によってゲージ圧トラン
スミッタに対してなされる典型的な変更である。
隔膜142を偏向させる。この偏向によって、圧力をマル
チセンサ組立体134に伝える通路146,148および150を満
たし、また圧力を過圧キャビティ154に伝える通路152を
満たしているアイソレータ流体144が加圧される。金製
Ｏリングシール156または他の適当な器具は、マルチセ
ンサ組立体134への通路150をシールする。通路158は、
ゲージ基準圧PREFを過圧キャビティ160に伝える。基準
圧は時々ゲージ圧から実質的な真空圧に変えられて絶対
圧の測定が行われる。絶対圧測定は付加的な器具を何ら
必要とせず、この分野の技術者によってゲージ圧トラン
スミッタに対してなされる典型的な変更である。
アイソレータ流体144の体積および基準ゲージ圧PREF
の間の圧力差は、２つの過圧キャビティ154および160を
隔離している過圧隔膜164を偏向させる。P1とゲージ基
準圧PREF間の差が予定のゲージ圧限界を超えると、過圧
保護装置132は十分な量のアイソレータ流体144を過圧キ
ャビティ154に移し、アイソレータ隔膜142をアイソレー
タ隔膜支持体166に実質的に完全に支持させることによ
って、印加された圧力がマルチセンサ組立体134に伝達
されるのを禁止する。従って、過圧キャビティ154は、
過圧状態が生じたとき、通常はアイソレータ隔膜142の
後方にあるアイソレータ流体144の全体積を受け入れな
ければならない。
の間の圧力差は、２つの過圧キャビティ154および160を
隔離している過圧隔膜164を偏向させる。P1とゲージ基
準圧PREF間の差が予定のゲージ圧限界を超えると、過圧
保護装置132は十分な量のアイソレータ流体144を過圧キ
ャビティ154に移し、アイソレータ隔膜142をアイソレー
タ隔膜支持体166に実質的に完全に支持させることによ
って、印加された圧力がマルチセンサ組立体134に伝達
されるのを禁止する。従って、過圧キャビティ154は、
過圧状態が生じたとき、通常はアイソレータ隔膜142の
後方にあるアイソレータ流体144の全体積を受け入れな
ければならない。
第６図には、マルチセンサ組立体134の第１の好適実
施例が示されている。セラミックヘッダ202中の圧力入
口200は、加圧されたアイソレータ流体144に対して通路
150からゲージ圧センサ206および付加的ゲージ圧センサ
208を含む集積センサブロック204への通路を与える。セ
ラミックキャップ210は、ガラスフリットシール212など
の適当な手段によってセラミックヘッダ202に結合され
ている。金属フィードスルー214はガラスフリットシー
ル212の下に配置されていて、集積センサブロック204か
らの電気信号をシールされたマルチセンサ組立体134の
外部に結合させる。ボールボンディングされたワイヤ束
216および218または他の類似の導体装置は、集積センサ
ブロック204からの電気信号を金属フィードスルー214
へ、そしてそこから電子回路138ヘ接続する。
施例が示されている。セラミックヘッダ202中の圧力入
口200は、加圧されたアイソレータ流体144に対して通路
150からゲージ圧センサ206および付加的ゲージ圧センサ
208を含む集積センサブロック204への通路を与える。セ
ラミックキャップ210は、ガラスフリットシール212など
の適当な手段によってセラミックヘッダ202に結合され
ている。金属フィードスルー214はガラスフリットシー
ル212の下に配置されていて、集積センサブロック204か
らの電気信号をシールされたマルチセンサ組立体134の
外部に結合させる。ボールボンディングされたワイヤ束
216および218または他の類似の導体装置は、集積センサ
ブロック204からの電気信号を金属フィードスルー214
へ、そしてそこから電子回路138ヘ接続する。
集積されたセンサブロック204はゲージ圧センサ206お
よび208を含み、ゲージ圧センサ206,208に対するセンサ
隔膜221a,221b上に拡散、インプランテーションまたは
他の既知のドーパント導入方法によって各々形成された
圧電抵抗ストレンゲージ222a,222bによって圧力を検知
する。容量、共振周波数または偏光の変化などの他の圧
力検知機構を利用してもよく、これら４つの機構全ての
種々の変形は既知である。セラミックキャップ202中の
通路226はゲージ基準圧PREFをゲージ圧センサ206および
208に導入し、ゲージ基準圧とアイソレータ流体144の圧
力の間の差はセンサ隔膜221a,221bを偏向させ、歪ませ
る。
よび208を含み、ゲージ圧センサ206,208に対するセンサ
隔膜221a,221b上に拡散、インプランテーションまたは
他の既知のドーパント導入方法によって各々形成された
圧電抵抗ストレンゲージ222a,222bによって圧力を検知
する。容量、共振周波数または偏光の変化などの他の圧
力検知機構を利用してもよく、これら４つの機構全ての
種々の変形は既知である。セラミックキャップ202中の
通路226はゲージ基準圧PREFをゲージ圧センサ206および
208に導入し、ゲージ基準圧とアイソレータ流体144の圧
力の間の差はセンサ隔膜221a,221bを偏向させ、歪ませ
る。
ゲージ圧センサ206は付加的ゲージ圧センサ208より広
い圧力範囲を測定し、たいていの圧電抵抗ストレンゲー
ジの最大偏向は１〜５ミクロンのオーダーであるとして
も、前者によって測定された圧力に対して後者の圧力セ
ンサを保護するために一方向性の圧力ストップ224を必
要とする。
い圧力範囲を測定し、たいていの圧電抵抗ストレンゲー
ジの最大偏向は１〜５ミクロンのオーダーであるとして
も、前者によって測定された圧力に対して後者の圧力セ
ンサを保護するために一方向性の圧力ストップ224を必
要とする。
センサ性能の永久的低下は、典型的にはセンサが測定
する最高規定圧力の５倍を超える圧力の印加後に生じ
る。このガイドラインは本出願中で述べたタイプのセン
サにも当てはまり、予定の圧力限界は過圧保護装置がセ
ンサをこれらの圧力から保護するように設定される。一
方向性過圧ストップ224は、上部ガラス支持体225中に形
成された凹所227の内面に対して係止するシリコンの突
起である。第１図に示された差圧トランスミッタの好適
実施例におけるように、この付加的ゲージ圧センサ208
は、トランスミッタのスパンの下方領域中のトランスミ
ッタ精度を増大することによってゲージトランスミッタ
130の測定能力を拡張する。
する最高規定圧力の５倍を超える圧力の印加後に生じ
る。このガイドラインは本出願中で述べたタイプのセン
サにも当てはまり、予定の圧力限界は過圧保護装置がセ
ンサをこれらの圧力から保護するように設定される。一
方向性過圧ストップ224は、上部ガラス支持体225中に形
成された凹所227の内面に対して係止するシリコンの突
起である。第１図に示された差圧トランスミッタの好適
実施例におけるように、この付加的ゲージ圧センサ208
は、トランスミッタのスパンの下方領域中のトランスミ
ッタ精度を増大することによってゲージトランスミッタ
130の測定能力を拡張する。
第７図には、第５図で説明されたゲージトランスミッ
タ130に対応する別のマルチセンサ組立体134が示されて
いる。セラミックヘッダ302中の圧力入口300は、ゲージ
圧センサ306および付加的ゲージ圧センサ308を含む集積
センサブロック304中へのアイソレータ流体144の通路を
与える。セラミックキャップ310は、ガラスフリットシ
ール312などの適当な手段によってセラミックヘッダ302
に結合されている。
タ130に対応する別のマルチセンサ組立体134が示されて
いる。セラミックヘッダ302中の圧力入口300は、ゲージ
圧センサ306および付加的ゲージ圧センサ308を含む集積
センサブロック304中へのアイソレータ流体144の通路を
与える。セラミックキャップ310は、ガラスフリットシ
ール312などの適当な手段によってセラミックヘッダ302
に結合されている。
通路313は、ゲージ基準圧PREFを２つのゲージ圧セン
サ306および308に伝達させる。金属フィードスルー314
はガラスフリットシール312の下に配置されていて、集
積センサブロック304からの電気信号をシールされたマ
ルチセンサ組立体134の外部に接続する。ボールボンデ
ィングされたワイヤ束316および318あるいは同様の導電
装置は、集積センサブロックから金属フィードスルー31
4へ、そしてそこから電子回路138へ電気信号を接続す
る。
サ306および308に伝達させる。金属フィードスルー314
はガラスフリットシール312の下に配置されていて、集
積センサブロック304からの電気信号をシールされたマ
ルチセンサ組立体134の外部に接続する。ボールボンデ
ィングされたワイヤ束316および318あるいは同様の導電
装置は、集積センサブロックから金属フィードスルー31
4へ、そしてそこから電子回路138へ電気信号を接続す
る。
集積センサブロック304は、上部セクション315と下部
セクション357からなる。２つの通路353,352は、ゲージ
基準圧PREFをゲージ圧センサ306および付加的ゲージ圧
センサ308に各々結合させる。ゲージ圧センサ306は光学
的圧力センサであって、光源354、印加圧力の関数とし
て光を偏光させるエラストマー結晶355、および受光器3
56を有し、それらは全てガラスフリットシール358,358,
358によって下部セクション357に固定されている。
セクション357からなる。２つの通路353,352は、ゲージ
基準圧PREFをゲージ圧センサ306および付加的ゲージ圧
センサ308に各々結合させる。ゲージ圧センサ306は光学
的圧力センサであって、光源354、印加圧力の関数とし
て光を偏光させるエラストマー結晶355、および受光器3
56を有し、それらは全てガラスフリットシール358,358,
358によって下部セクション357に固定されている。
付加的ゲージ圧センサ308は、集積センサブロック304
の下部セクション357中の凹所360に架橋する圧電結晶35
9を有する。上部セクション351中の対応する凹所361は
圧電結晶359上に位置付けられ、ガラスフリットシール3
62,362は結晶を上部セクションに固定する。他のガラス
フリットシール363は、圧電結晶359を下部セクション35
7にシールするとともに、上部セクション351を下部セク
ション357にシールする。
の下部セクション357中の凹所360に架橋する圧電結晶35
9を有する。上部セクション351中の対応する凹所361は
圧電結晶359上に位置付けられ、ガラスフリットシール3
62,362は結晶を上部セクションに固定する。他のガラス
フリットシール363は、圧電結晶359を下部セクション35
7にシールするとともに、上部セクション351を下部セク
ション357にシールする。
適当な周波数を有する逆位相の２つの電気信号が、結
晶の一方の側の２つのメタライズ領域363a,364bに供給
される。結晶は印加された周波数および圧力の関数とし
て共振し、結晶の反対側のメタライズ領域365は、この
信号をボールボンディングされたワイヤを介してシール
されたマルチセンサ組立体134の外部に伝達する。
晶の一方の側の２つのメタライズ領域363a,364bに供給
される。結晶は印加された周波数および圧力の関数とし
て共振し、結晶の反対側のメタライズ領域365は、この
信号をボールボンディングされたワイヤを介してシール
されたマルチセンサ組立体134の外部に伝達する。
付加的ゲージ圧センサ308のPMRは、ゲージ圧センサ30
6のPMRの４分の１である。最大補正不能誤差は圧力には
実質的に依存せず、センサのURLに比例するので、広いP
MRを有するゲージ圧センサ306は狭いPMRを有する付加的
ゲージ圧センサ308より多くの誤差を有する。付加的ゲ
ージ圧センサ308は低い圧力測定値で精度を増してトラ
ンスミッタ130の測定能力を拡大するので、トランスミ
ッタ130のPMRに対するトランスミッタ130の最大補正不
能誤差のグラフは、第3A図および第3B図示されたグラフ
に類似している。高レベルの誤差という代償を払っては
いるが、ゲージ圧センサ306の存在がトランスミッタ130
のPMRを拡大していることに注目すると、拡大された測
定能力を別の表現で言い表すこともできる。
6のPMRの４分の１である。最大補正不能誤差は圧力には
実質的に依存せず、センサのURLに比例するので、広いP
MRを有するゲージ圧センサ306は狭いPMRを有する付加的
ゲージ圧センサ308より多くの誤差を有する。付加的ゲ
ージ圧センサ308は低い圧力測定値で精度を増してトラ
ンスミッタ130の測定能力を拡大するので、トランスミ
ッタ130のPMRに対するトランスミッタ130の最大補正不
能誤差のグラフは、第3A図および第3B図示されたグラフ
に類似している。高レベルの誤差という代償を払っては
いるが、ゲージ圧センサ306の存在がトランスミッタ130
のPMRを拡大していることに注目すると、拡大された測
定能力を別の表現で言い表すこともできる。
本発明を好適実施例を参照して説明したが、技術に熟
練したものは、本発明の精神および範囲を逸脱すること
なくその態様および細部に変更を加えることができるこ
とを理解するであろう。
練したものは、本発明の精神および範囲を逸脱すること
なくその態様および細部に変更を加えることができるこ
とを理解するであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01L 9/12 G01L 19/04
Claims (10)
- 【請求項１】少なくとも１つの印加された圧力を検知し
て、その印加された圧力を表す出力を発生するトランス
ミッタであって、 少なくとも１つの入口を有する第１の圧力センサと、 印加された圧力を第１圧力センサの入口に結合させるた
めの過圧保護手段であって、圧力入口に通じる一定体積
の実質的に非圧縮性のアイソレータ流体を収容する手段
を含み、印加された圧力が変化するとき、前記印加され
た圧力が可動部材をアイソレータ流体に作用させ、また
印加された圧力が変化するとき、その容積を変化して可
動部材がストップ片に接触することを許容するチャンバ
ーを含み、印加された圧力が予定の限界を超えるとき、
センサー入口に作用する流体圧力のそれ以上の増大を制
限する過圧保護手段と、 少なくとも１つの付加的圧力センサであって、前記過圧
保護手段が前記第１及び付加的圧力センサの両方の圧力
センサによって共用されるように、前記アイソレータ流
体に通じる第２の圧力入口を有する付加的圧力センサと
を含み、 前記チャンバーの容積は変化可能であり、予め決められ
た圧力のとき、前記第１および付加的圧力センサが過圧
によって破壊される前に、前記可動部材がストップ片に
接触するように構成されたトランスミッタ。 - 【請求項２】一対の圧力入口を有する差圧センサと、 印加された一対の圧力を、実質的に非圧縮性のアイソレ
ータ流体の対応する対の分離された体積および対応する
対の圧力入口に別々に結合させるための過圧保護手段で
あって、印加された差圧が予定の限界を超えるとき、ア
イソレータ流体圧力のそれ以上の増大を制限する過圧保
護手段と、 各々一対の圧力入口を有する少なくとも１つの付加的差
圧センサであって、過圧保護手段がその圧力センサによ
って共用されるように、各入口がアイソレータ流体の２
つの体積の一方に通じており、その圧力センサはトラン
スミッタの測定能力を拡大するものである付加的差圧セ
ンサとを含む、印加された２つの圧力の間の差を検知す
るためのトランスミッタ。 - 【請求項３】圧力センサのうちの少なくとも２つは、各
々互いに実質的に相違する圧力測定レンジを有する請求
項１または２のいずれかに記載のトランスミッタ。 - 【請求項４】圧力センサのうち少なくとも２つは、互い
に実質的に同一の圧力測定レンジを有する請求項１また
は２のいずれかに記載のトランスミッタ。 - 【請求項５】予定の圧力限界は、圧力センサによって測
定される最大圧力より大きいが、その５倍以下である圧
力の群から選択される請求項２記載のトランスミッタ。 - 【請求項６】少なくとも１つの圧力センサは、一部また
は全部が脆い材料から形成されている請求項１または２
のいずれかに記載のトランスミッタ。 - 【請求項７】圧力センサのうち２つは、一部または全部
を単一の脆い材料片によって形成されている請求項１ま
たは２のいずれかに記載のトランスミッタ。 - 【請求項８】圧力センサの誤差を補償するために、トラ
ンスミッタ中の温度を測定する温度センサをも含んでい
る請求項２記載のトランスミッタ。 - 【請求項９】印加された２つの圧力の差は流体流量を表
し、かつまた、印加された圧力を流量に関係づけるトラ
ンスミッタの出力に、圧力センサの出力を選択的に変換
するための電子回路手段を含んでいる請求項１または２
のいずれかに記載のトランスミッタ。 - 【請求項１０】チャンバーは過圧隔膜によって各々アイ
ソレータ流体の分離された体積の一方が満たされた一対
のキャビティに分離されており、２つのキャビティ間の
圧力差が過圧隔膜を偏向させる請求項１または２のいず
れかに記載のトランスミッタ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US365,922 | 1989-06-15 | ||
| US07/365,922 US4949581A (en) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | Extended measurement capability transmitter having shared overpressure protection means |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04506257A JPH04506257A (ja) | 1992-10-29 |
| JP2898751B2 true JP2898751B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=23440950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2509239A Expired - Fee Related JP2898751B2 (ja) | 1989-06-15 | 1990-06-14 | 過圧保護手段を共用し、測定能力を拡大したトランスミッタ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4949581A (ja) |
| EP (1) | EP0572375B1 (ja) |
| JP (1) | JP2898751B2 (ja) |
| AU (1) | AU637379B2 (ja) |
| CA (1) | CA2056391A1 (ja) |
| DE (1) | DE69023930T2 (ja) |
| WO (1) | WO1990015975A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014163935A (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Honeywell Internatl Inc | ２層ダイ構造を有する圧力センサのためのシステム及び方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US5022270A (en) * | 1989-06-15 | 1991-06-11 | Rosemount Inc. | Extended measurement capability transmitter having shared overpressure protection means |
| US5323656A (en) * | 1992-05-12 | 1994-06-28 | The Foxboro Company | Overpressure-protected, polysilicon, capacitive differential pressure sensor and method of making the same |
| US5333504A (en) * | 1992-09-01 | 1994-08-02 | Rosemount Inc. | High overpressure low range pressure sensor |
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| FI1096U1 (fi) * | 1993-04-13 | 1993-12-28 | Gunnar Sundholm | Maet- och transmitterapparat |
| WO1995007522A1 (en) * | 1993-09-07 | 1995-03-16 | Rosemount Inc. | Multivariable transmitter |
| US5606513A (en) * | 1993-09-20 | 1997-02-25 | Rosemount Inc. | Transmitter having input for receiving a process variable from a remote sensor |
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| JP3114570B2 (ja) * | 1995-05-26 | 2000-12-04 | オムロン株式会社 | 静電容量型圧力センサ |
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