JP3147972B2 - 差圧測定装置 - Google Patents

差圧測定装置

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JP3147972B2
JP3147972B2 JP04834192A JP4834192A JP3147972B2 JP 3147972 B2 JP3147972 B2 JP 3147972B2 JP 04834192 A JP04834192 A JP 04834192A JP 4834192 A JP4834192 A JP 4834192A JP 3147972 B2 JP3147972 B2 JP 3147972B2
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隆史 宮下
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ばね要素とセンターダ
イアフラム或いはハウジングとの摺動面の摩擦係数を下
げ摺動による金属表面の磨耗を防止する差圧測定装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図で、例えば、実願平2−62884
号に示されている。図において、ハウジング1の両側に
高圧側フランジ2、低圧側フランジ3が溶接等によって
固定されており、両フランジ2,3には測定せんとする
圧力PHの高圧流体の導入口4、圧力PLの低圧流体の導
入口5が設けられている。
【0003】ハウジング 1内に圧力測定室6が形成さ
れており、この圧力測定室6内に金属のセンターダイア
フラム7とシリコンダイアフラム8が設けられている。
センターダイアフラム7とシリコンダイアフラム8はそ
れぞれ別個に圧力測定室6の壁に固定されており、セン
ターダイアフラム7とシリコンダイアフラム8の両者で
もって圧力測定室6を2分している。
【0004】7Aは、センターダイアフラム7により分
けられた低圧側室内に設けられ低圧側室を第1室7Bと
第2室7Cとに2分するように設けられた金属の板ばね
である。なお、板ばね7Aの形状は、センタダイアフラ
ム7と同様な波形でもよく、平板でもよい。また、直径
は、センタダイアフラム7と同じでもよい。また、セン
ターダイアフラム7と板ばね7Aは、平時の測定範囲下
において、接していても良い。
【0005】7Dは、ハウジング1に設けられ第1室7
Bと第2室7Cとを連通する連通口である。センターダ
イアフラム7と板ばね7Aの間隙は出来るだけ小さくな
るようにし、差圧ΔP(=圧力PH―圧力PL)がダイア
フラム7側から作用した時、即座にセンターダイアフラ
ム7と板ばね7Aで受けるようにする。
【0006】センターダイアフラム7と板ばね7Aと対
向する圧力測定室6の壁6A,6Bには、センターダイ
アフラム7と板ばね7Aと類似の形状のバックプレ―ト
が形成されている。このバックプレ―ト6A,6Bは、
圧力測定室6の容積を減少させるのに有効である。シリ
コンダイアフラム8は全体が単結晶のシリコン基板から
形成されている。
【0007】シリコン基板の一方の面にボロン等の不純
物を選択拡散して4っのストレンゲ―ジ80を形成し、
他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイ
アフラムを形成する。4っのストレインゲ―ジ80は、
シリコンダイアフラム8が差圧ΔPを受けてたわむ時、
2つが引張り、2つが圧縮を受けるようになっており、
これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵
抗変化が差圧ΔPの変化として検出される。
【0008】ハウジング1は一般にステンレス鋼で作ら
れており、シリコンダイアフラム8とではかなりの熱膨
脹係数の違いがある。このためハウジング1とシリコン
ダイアフラム8との間に、シリコンと大体同じ熱膨脹係
数を有する中空の支持体9を設け、シリコンダイアフラ
ム8を圧力測定室6内に突出させるようにする。支持体
9に硼圭ガラス等の耐熱ガラスを使えば、シリコンダイ
アフラム8、支持体9、ハウジング1の3陽極結合法で
接合出来、各部材間の接着面の滑りのない強固な接着が
出来る。
【0009】ハウジング1と高圧側フランジ2、および
低圧側フランジ3との間に、圧力導入室10,11が形
成されている。この圧力導入室10,11内に隔液ダイ
アフラム12,13を設け、この隔液ダイアフラム1
2,13と対向するハウジング1の壁10A,11Aに
隔液ダイアフラム12,13と類似の形状のバックプレ
―トが形成されている。
【0010】隔液ダイアフラム12,13とバックプレ
―ト10A,11Aとで形成される空間と、圧力測定室
6は、連通孔14,15を介して導通している。そし
て、隔液ダイアフラム12,13間にシリコンオイル等
の封入液101,102が満たされ、この封入液が連通
口16,17を介してシリコンダイアフラム8の上下面
にまで至っている。
【0011】封入液101,102は受圧ダイアフラム
7とシリコンダイアフラム8とによって2分されている
が、その量がほぼ均等になるように配慮されている。封
入液101,102の量は、周囲の温度変化の影響を出
来るだけ少なくする上で少ない方が好ましいが、バック
プレ―ト6A,6B,10A,11Aが封入液量を少な
くするのに役立っている。
【0012】隔液ダイアフラム12,13のスチフネス
は、圧力に対する応答性、および封入液の熱膨脹を吸収
する上で小さい方が好ましい。センターダイアフラム7
と隔液ダイアフラム12,13との間には、隔液ダイア
フラム12,13がバックプレ―ト10A,11Aに当
接する前にセンターダイアフラム7がバックプレ―ト6
A,6Bに当接しないような関係にしておく。
【0013】以上の構成において、、導入口4,5から
圧力PHの被測定流体、圧力PLの被測定流体がハウジン
グ1内に導入された場合、流体の圧力PH,PLはそれぞ
れ隔液ダイアフラム12,13を介して封入液101,
102に伝達され、シリコンダイアフラム8により両流
体の差圧ΔP=|PH−PL|が検出される事になる。
【0014】而して、図4に示す如く、高圧側から過大
圧が印加された場合には、センタダイアフラム7は僅か
の圧力で板ばね7Aに接触し、その後は、板ばね7Aと
共に変形するため、容積変化定数が小さくなり、図5に
示す如く、低圧側から過大圧が印加された場合よりも高
い圧力で隔液ダイアフラム12がバックプレ―ト10A
に着座する。図6に、本実施例における圧力Pと容積変
化量ΔVとの関係を示す。図のC点において、センタダ
イアフラム7は板ばね7Aに接触する。平時の測定範囲
下において、センターダイアフラム7と板ばねとが接し
ている場合の圧力Pと容積変化量ΔVとの関係を図7に
示す。
【0015】この結果、ハウジング1内の低圧側室内に
低圧側室を2分するように板ばね7Aが配置され、この
板ばね7Aによって2分された第1室7Bと第2室7C
を連通口7Dによって連通させたので、過大圧時の隔液
ダイアフラムがバックプレ―トに着座するときの圧力
が、高圧側と低圧側とで異なる為、簡単な構成で、少な
い部品点数で、高圧側の耐圧に応じた広い範囲の差圧測
定が可能な差圧測定装置が得られる。
【0016】而して、低圧側からの圧力に対しては、封
入液は第2室7Cから連通孔7Dを通り、板ばね7Aの
外周部から第1室7Bに流入する。第1室7Bの全周部
分を封入液102の移動のために開口させる事ができ、
また、連通孔7Dは大きな直径にする事が出来るので、
低圧側からの瞬間的な過大圧に対しても、封入液の移動
がスム―ズに行うことが出来る。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、測定差圧が大きく一枚のセンターダ
イアフラム7では十分な剛さが得られ無いため、波形状
のセンターダイアフラム7の他に、板ばね7Aを併せて
使用している。差圧或いは過大圧が印加されると、この
センターダイアフラム7と板ばね7Aは互いに接触しな
がら変位することになる。
【0018】従って、センターダイアフラム7と板ばね
7Aの接している面では、圧力の繰り返しに伴って、摺
り合わさる現象が生じる。センターダイアフラム7と板
ばね7Aは、平滑な面をしてはいるが、10万回を越え
る繰り返しが連続して生じると、互いの金属が磨耗し微
細な金属粉を発生することになる。
【0019】この金属粉は封入液101,102と共に
移動し、たとえば、隔液ダイアフラム12,13とバッ
クプレート10A,11Aとの間に挟み込まれる場合が
生じ、差圧による隔液ダイアフラム12,13の変位を
妨げる危険がある。これにより、差圧測定装置としての
入出力特性の劣化が生じる。本発明は、この問題点を、
解決するものである。本発明の目的は、ばね要素とセン
ターダイアフラム或いはハウジングとの摺動面の摩擦係
数を下げ摺動による金属表面の磨耗を防止する差圧測定
装置を提供するにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、内部に封入液が満たされたハウジング
と、該ハウジングの両側に設けられた一対の隔液ダイア
フラムと、前記ハウジング内に設けられた圧力―電気変
換素子と、前記ハウジングに該圧力―電気変換素子と共
に高圧側室と低圧側室とに2分するように設けられたセ
ンタダイアフラムとを具備する差圧測定装置に於いて、
前記低圧側室内に設けられ測定範囲内において該センタ
ーダイアフラムと接し該センターダイアフラムの変位量
を抑える様に設けられたばね要素と、該ばね要素の少な
くとも前記センターダイアフラム或いは前記ハウジング
に接する部分に接触摩擦抵抗を減少する様に設けられた
コーティング層とを具備したことを特徴とする差圧測定
装置を構成したものである。
【0021】
【作用】以上の構成において、、導入口から圧力の被測
定流体、圧力の被測定流体がハウジング内に導入された
場合、流体の圧力はそれぞれ隔液ダイアフラムを介して
封入液に伝達され、シリコンダイアフラムにより両流体
の差圧が検出される事になる。而して、、高圧側から過
大圧が印加された場合には、センタダイアフラムは僅か
の圧力で板ばねに接触し、その後は、板ばねと共に変形
するため、容積変化定数が小さくなり、低圧側から過大
圧が印加された場合よりも高い圧力で隔液ダイアフラム
がバックプレ―トに着座する。
【0022】而して、低圧側から過大圧が印加された場
合には、封入液は第2室から連通孔を通り、板ばねの外
周部から第1室に流入する。第1室の全周部分を封入液
の移動のために開口させる事ができ、また、連通孔は大
きな直径にする事が出来るので、低圧側からの瞬間的な
過大圧に対しても、封入液の移動がスム―ズに行うこと
が出来る。
【0023】而して、ばね要素の少なくとも、センター
ダイアフラム或いはハウジングに接する部分に接触摩擦
抵抗を減少するコーティング層が設けられたので、ばね
要素とセンターダイアフラム或いはハウジングとの摺動
による金属表面の磨耗がなくなり、微細な金属粉の発生
の恐れが無い差圧測定装置が得られる。以下、実施例に
基づき詳細に説明する。
【0024】
【実施例】図1は本発明の一実施例の要部構成説明図で
ある。図において、図3と同一記号の構成は同一機能を
表わす。以下、図3と相違部分のみ説明する。21は、
ばね要素7Aの少なくとも、センターダイアフラム7或
いはハウジング1に接する部分に、接触摩擦抵抗を減少
する様に設けられたコーティング層である。この場合
は、FEP樹脂(商品名テフロン)を主成分とする樹脂
コーティング層が使用されている。
【0025】以上の構成において、導入口4,5から圧
力PHの被測定流体、圧力PLの被測定流体がハウジング
1内に導入された場合、流体の圧力PH,PLはそれぞれ
隔液ダイアフラム12,13を介して封入液101,1
02に伝達され、シリコンダイアフラム8により両流体
の差圧ΔP=|PH−PL|が検出される事になる。
【0026】而して、高圧側から過大圧が印加された場
合には、センタダイアフラム7は僅かの圧力で板ばね7
Aに接触し、その後は、板ばね7Aと共に変形するた
め、容積変化定数が小さくなり、低圧側から過大圧が印
加された場合よりも高い圧力で隔液ダイアフラム12が
バックプレ―ト10Aに着座する。
【0027】而して、低圧側から過大圧が印加された場
合には、封入液102は第2室7Cから連通孔7Dを通
り、板ばね7Aの外周部から第1室7Bに流入する。第
1室7Bの全周部分を封入液102の移動のために開口
させる事ができ、また、連通孔7Dは大きな直径にする
事が出来るので、低圧側からの瞬間的な過大圧に対して
も、封入液102の移動がスム―ズに行うことが出来
る。
【0028】而して、ばね要素7Aの少なくとも、セン
ターダイアフラム7或いはハウジング1に接する部分
に、接触摩擦抵抗を減少するコーティング層21が設け
られたので、ばね要素7Aとセンターダイアフラム7或
いはハウジング1との摺動による金属表面の磨耗がなく
なり、微細な金属粉の発生の恐れが無い差圧測定装置が
得られる。
【0029】この結果、 (1)隔液ダイアフラム12,13の裏に金属粉が侵入
して特性不良となる現象を防止する事ができる。 (2)摩擦係数の減少により、センターダイアフラム7
のヒステリシスが大幅に減少して、入出力特性のヒステ
リシス、分解能等も大幅に改善される。
【0030】図2は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例においては、ばね要素30として、
ブロック31と皿ばね32を使用し、ブロック31と皿
ばね32の表面にそれぞれコーティング層33,34が
設けられたものである。なお、前述の実施例において
は、コーティング層21はFEP樹脂(商品名テフロ
ン)を主成分とする樹脂コーティング層が使用されてい
ると説明したが、これに限ることはなく、例えば、モリ
ブデンを主成分とするコーティング層でも良い。要する
に、ばね要素とセンターダイアフラム或いはハウジング
との接触摩擦抵抗を減少する様なコーティング層であれ
ばよい。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、内部に
封入液が満たされたハウジングと、該ハウジングの両側
に設けられた一対の隔液ダイアフラムと、前記ハウジン
グ内に設けられた圧力―電気変換素子と、前記ハウジン
グに該圧力―電気変換素子と共に高圧側室と低圧側室と
に2分するように設けられたセンタダイアフラムとを具
備する差圧測定装置に於いて、前記低圧側室内に設けら
れ測定範囲内において該センターダイアフラムと接し該
センターダイアフラムの変位量を抑える様に設けられた
ばね要素と、該ばね要素の少なくとも前記センターダイ
アフラム或いは前記ハウジングに接する部分に接触摩擦
抵抗を減少する様に設けられたコーティング層とを具備
したことを特徴とする差圧測定装置を構成した。
【0032】この結果、 (1)隔液ダイアフラム12,13の裏に金属粉が侵入
して特性不良となる現象を防止する事ができる。 (2)摩擦係数の減少により、センターダイアフラム7
のヒステリシスが大幅に減少して、入出力特性のヒステ
リシス、分解能等も大幅に改善される。従って、本発明
によれば、ばね要素とセンターダイアフラム或いはハウ
ジングとの摺動面の摩擦係数を下げ摺動による金属表面
の磨耗を防止する差圧測定装置を実現することが出来
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図2】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図3】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。
【図4】図3の動作説明図である。
【図5】図3の動作説明図である。
【図6】図3の動作説明図である。
【図7】図3の動作説明図である。
【符号の説明】
1…ハウジング 2…高圧側フランジ 3…低圧側フランジ 4…導入口 5…導入口 6…圧力測定室 6A…バックプレ―ト 6B…バックプレ―ト 7…センターダイアフラム 7A…板ばね 7B…第1室 7C…第2室 7D…連通孔 8…シリコンダイアフラム 9…支持体 10…圧力導入室 10A…バックプレ―ト 11…圧力導入室 11A…バックプレ―ト 12…隔液ダイアフラム 13…隔液ダイアフラム 14…連通口 15…連通口 16…連通口 17…連通口 21…コーティング層 30…ばね要素 31…ブロック 32…皿ばね 33…コーティング層 34…コーティング層 80…ストレインゲ―ジ 101…封入液 102…封入液
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−74619(JP,A) 特開 平3−6434(JP,A) 実開 昭63−19726(JP,U) 実開 平4−21938(JP,U) 実開 平1−104387(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に封入液が満たされたハウジングと、 該ハウジングの両側に設けられた一対の隔液ダイアフラ
    ムと、 前記ハウジング内に設けられた圧力―電気変換素子と、 前記ハウジングに該圧力―電気変換素子と共に高圧側室
    と低圧側室とに2分するように設けられたセンタダイア
    フラムとを具備する差圧測定装置に於いて、 前記低圧側室内に設けられ測定範囲内において該センタ
    ーダイアフラムと接し該センターダイアフラムの変位量
    を抑える様に設けられたばね要素と、 該ばね要素の少なくとも前記センターダイアフラム或い
    は前記ハウジングに接する部分に接触摩擦抵抗を減少す
    る様に設けられたコーティング層とを具備したことを特
    徴とする差圧測定装置。
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