JP3158913B2 - 差圧/圧力伝送器 - Google Patents

差圧/圧力伝送器

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JP3158913B2
JP3158913B2 JP32250494A JP32250494A JP3158913B2 JP 3158913 B2 JP3158913 B2 JP 3158913B2 JP 32250494 A JP32250494 A JP 32250494A JP 32250494 A JP32250494 A JP 32250494A JP 3158913 B2 JP3158913 B2 JP 3158913B2
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秀樹 桑山
紀夫 中村
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Yokogawa Electric Corp
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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、プロセス計装に用いら
れ差圧あるいは圧力を測定する差圧/圧力伝送器に係
り、特に、内蔵されるセンサがこの差圧あるいは圧力に
より破壊されるのを防止することができるように改良さ
れた差圧/圧力伝送器に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の圧力伝送器をプロセス配管
に取り付けたときのシステム構成図である。10は圧力
伝送器であり、この圧力伝送器10は、操作し易いよう
に、一般に圧力を測定するプロセス配管11とは離れた
場所に設置される。
【0003】この圧力伝送器10とプロセス配管11と
の間は、導圧管で接続され、この導圧管には、少なくと
も1つ以上のストップ弁が配置されて圧力伝送器10の
取外しが可能なようになっている。
【0004】図5の場合は、プロセス配管11にストッ
プ弁12が導圧管13を介して設置され、このストップ
弁12と次のストップ弁14との間は、導圧管15で接
続され、さらにストップ弁14と圧力伝送器10との間
は導圧管16で接続される構成となっている。
【0005】図6はこの圧力伝送器10の構造の詳細を
示す部分断面図である。受圧ボデイ17の中央部には凹
部18が設けられ、ハーメチック部材19に保持部材2
0を介して周囲が気密に保持されて固定されたセンサ2
1が凹部18の中に挿入固定されている。
【0006】センサ21は、例えば外形が全体として円
柱或いは角柱などに形成されたシリコンの単結晶で作ら
れ、その中央部が圧力に感応し易いように薄くエッチン
グされて凹部22とされ、反対側の面に圧力に感応する
シリコンゲージ23(図示せず)が設けられている。
【0007】凹部18のセンサ21に対抗する面には貫
通孔24が設けられこの貫通孔24の上部は波形のダイ
アフラム25で覆われている。そして、これらの凹部1
8、貫通孔24、ダイアフラム25で連通される空間は
シリコンオイルなどの封液で密封されている。
【0008】シリコンゲージ23からはリード線により
ハーメチック部材19にガラス封じされたハーメチック
端子26を介して受圧ボデイ17の外部に信号が取り出
されている。ハーメチック端子26からは、受圧ボデイ
17のハーメチック部材19側に固定された変換器ケー
ス27に信号が取り出され、ここで信号処理がなされ
る。
【0009】一方、ダイアフラム25側の受圧ボデイ1
7にはフランジ28がボルト29、30などで固定され
ている。ダイアフラム25と対向するフランジ28の対
向面には凹部31が設けられ、凹部31はこのフランジ
28の側面に設けられた圧力導入口32と連通されてい
る。
【0010】以上の構成において、プロセス配管11か
ら導入された測定圧力は、導圧管13、15、16を介
して圧力導入口32に導入される。導入された測定圧力
はダイアフラム25に印加され、内部の封液を介してセ
ンサ21に印加され、ここに設けられたシリコンゲージ
23で測定圧力に対応した電圧信号、或いは周波数信号
などに変換される。
【0011】これらの信号はハーメチック端子26を介
して変換器ケース27に伝送されて内蔵される信号処理
回路でリニアリテイ補正、スパン補正、ゼロ点補正など
がなされて必要に応じて統一信号に変換して外部に電流
信号として伝送される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような圧力伝送器は、測定流体の圧力を測定中に何らか
の理由によりストップ弁12或いはストップ弁14を閉
じた場合、測定流体はストップ弁12或いは14から圧
力伝送器10までの間の導圧管15或いは16に封じ込
められる。
【0013】この状態で温度が上昇すると、封じ込めら
れた測定流体の体積が膨張するので、導圧管15或いは
16の中の圧力が上昇する。このときの圧力上昇ΔPは
配管の膨らみを無視すると、αを体積膨張係数、Δtを
温度変化、Jを体積圧縮率とすれば、ΔP=α・Δt/
Jで計算される。
【0014】その大きさは、測定流体によって異なる
が、ものによっては20°Cの変化で200kg/cm2
も達することがある。そして、この圧力上昇ΔPが一定
の限度を越えると、圧力伝送器の中に格納されているシ
リコンゲージ23を破壊するなどの問題がある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための主な構成として、差圧或いは圧力を検出
するセンサが内蔵され少なくとも一端面にシールダイア
フラムが設けられて封液により先のセンサと連通された
受圧ボデイと、このセンサからのセンサ信号を伝送信号
に変換する伝送部と、先の差圧或いは圧力を導入する導
圧孔が設けられこの導圧孔と先のシールダイアフラムに
対向して形成される受圧室とを連通し先の受圧ボデイに
取付けられるフランジとを有する差圧/圧力伝送器にお
いて、先の差圧或いは圧力によって先の受圧室の内部の
体積を変化させる変形部材を先の受圧室に設けるように
したものである。
【0016】
【作 用】導圧管内に何らかの原因によって体積膨張が
あっても、受圧ボデイの中の受圧室に設けられた変形部
材自身の体積が小さくなるように変形し、結果として、
受圧室の内部の圧力上昇を吸収し、これによりセンサの
破壊を防止する。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図1は本発明の1実施例の構成を示す部分断面
図である。この場合は、圧力伝送器の場合を示してい
る。なお、図6に示す従来の圧力伝送器と同一の機能を
有する部分には同一の符号を付して適宜にその説明を省
略する。
【0018】圧力伝送器33は、増幅器などが搭載され
た変換器ケース27、この変換器ケース27と一方の面
が固定された受圧ボデイ17、この受圧ボデイ17の他
方の面にはボルト29、30などで固定されたフランジ
34などで構成されている。
【0019】受圧ボデイ17の他方の面に固定されたダ
イアフラム25と対向するフランジ34の対向面には凹
部35が設けられ、この凹部35はこのフランジ34の
側面に設けられた圧力導入口32と連通されている。
【0020】さらに、この凹部35の中央部には、球状
をなす凹部36が形成されており、この凹部36の中
に、所定の圧力以上で変形する変形部材として機能する
体積圧縮率の大きい材質、例えばテフロン、ゴムなどで
出来た球体37が収納されている。
【0021】以上の構成において、導圧管内に測定圧力
が印加されたときには、圧力導入口32を介して凹部3
5に圧力が伝達され、この圧力がダイアフラム25の内
部に封入された封液を介してセンサ21に印加されるこ
ととなる。この場合、球体37が変形しても導圧管より
圧力が供給されるので、測定誤差にはならない。
【0022】一方、この構成によれば、導圧管の途中の
バルブを閉めた閉空間で温度上昇があると、内部流体が
膨張して圧力が上昇するが、凹部35の中に所定圧力以
上で変形する体積圧縮率の大きい球体37が存在するの
で、この球体37の体積が縮小して膨張した体積を吸収
し圧力上昇を抑え、センサ21に過大圧力が印加される
のが防止される。
【0023】図2は本発明の第2の実施例の構成を示す
部分断面図である。この場合も圧力伝送器を想定してい
る。圧力伝送器38は、増幅器などが搭載された変換器
ケース27、この変換器ケース27と一方の面が固定さ
れた受圧ボデイ17、この受圧ボデイ17の他方の面に
はボルト29、30などで固定されたフランジ39など
で構成されている。
【0024】受圧ボデイ17の他方の面に固定されたダ
イアフラム25と対向するフランジ39の対向面には凹
部40が設けられ、この凹部40はこのフランジ39の
側面に設けられた圧力導入口32と連通されている。
【0025】さらに、この凹部40の中央部には、球状
をなす凹部41が形成されており、この凹部41の中に
所定圧力以上で変形する変形部材として機能する中空の
金属ボール42が収納されている。この金属ボール42
は、図1に記載された球体37と同様な作用をする。
【0026】図3は本発明の第3の実施例の構成を示す
部分断面図である。この場合も圧力伝送器を想定してい
る。圧力伝送器43は、増幅器などが搭載された変換器
ケース27、この変換器ケース27と一方の面が固定さ
れた受圧ボデイ17、この受圧ボデイ17の他方の面に
はボルト29、30などで固定されたフランジ44など
で構成されている。
【0027】受圧ボデイ17の他方の面に固定されたダ
イアフラム25と対向するフランジ44の対向面には凹
部45が設けられ、この凹部45はこのフランジ44の
側面に設けられた圧力導入口32と連通されている。
【0028】さらに、この凹部45の中央部には、円弧
状をなす凹部46が形成されており、この凹部46の上
部には変形部材として機能する板状の平板47がその周
囲が気密に保持されて、例えば所定圧力に対応する初期
応力が付与された状態で、溶接固定されている。
【0029】そして、この平板47と凹部46とで囲ま
れた内部には封液は満たされていない。したがって、所
定圧力以上の過大圧力が圧力導入口32から印加される
と、この平板47が撓んで過大圧力を吸収することがで
きる。
【0030】図4は本発明の第4の実施例の構成を示す
部分断面図である。この場合は差圧伝送器を想定してい
る。この差圧伝送器50は、増幅器が内蔵された変換器
ケース51と、この変換器ケース51の下端が側面に固
定された例えば円柱状の受圧ボデイ52と、この受圧ボ
デイ52の両端面に配置された、例えば円柱状のフラン
ジ53、54などから構成されている。
【0031】受圧ボデイ52の側面には、中央部に向か
って凹部55が設けられ、ハーメチック部材56に保持
部材57を介して周囲が気密に保持されて固定されたセ
ンサ58が凹部55の中に挿入固定されている。
【0032】センサ58は、例えば外形が全体として円
柱或いは角柱などに形成されたシリコンの単結晶で作ら
れ、その中央部が圧力に感応し易いように薄くエッチン
グされて凹部59とされ、反対側の面に圧力に感応する
シリコンゲージ60(図示せず)が設けられている。
【0033】凹部55は導圧孔61を介して受圧ボデイ
52の一方の面62に連通され、この面62の中央部に
は導圧孔61を覆うようにダイアフラム63が密封固定
されている。そして、これらの凹部55、導圧孔61、
ダイアフラム63で連通される空間はシリコンオイルな
どの封液で密封されている。
【0034】また、センサ58の凹部59側は、保持部
材57とハーメチック部材56を介して、受圧ボデイ5
2の他方の面64に導圧孔65により連通されており、
この面64の中央部には導圧孔65を覆うようにダイア
フラム66が密封固定されている。そして、これらの凹
部59、導圧孔65、ダイアフラム66で連通される空
間はシリコンオイルなどの封液で密封されている。
【0035】シリコンゲージ60からはリード線により
ハーメチック部材56にガラス封じされたハーメチック
端子67を介して受圧ボデイ52の外部に信号が取り出
されている。ハーメチック端子67からは、受圧ボデイ
52のハーメチック部材56側に固定された変換器ケー
ス51に信号が取り出され、内部の信号処理回路で信号
処理がなされる。
【0036】ダイアフラム63側の受圧ボデイ52には
フランジ54が図示しないボルトなどにより固定されて
いる。ダイアフラム63と対向するフランジ54の対向
面には凹部68が設けられ、凹部68はこのフランジ5
4の側面に設けられた圧力導入口69と導圧管70を介
して連通されている。
【0037】また、この凹部68の中央には半球状の凹
部71が形成され、この凹部71の中に金属ボール72
が収納されている。この金属ボール72は図2に示す金
属ボール42と同様な機能・構成を持つ。
【0038】ダイアフラム66側の受圧ボデイ52には
フランジ53が図示しないボルトなどにより固定されて
いる。ダイアフラム66と対向するフランジ53の対向
面には凹部73が設けられ、凹部73はこのフランジ5
3の側面に設けられた圧力導入口74と導圧管75を介
して連通されている。
【0039】また、この凹部73の中央には半球状の凹
部76が形成され、この凹部76の中に金属ボール77
が収納されている。この金属ボール77も図2に示す金
属ボール42と同様な機能・構成を持つ。
【0040】図4では、過大圧を吸収する素子として金
属ボールを用いる構成を例に用いて説明したが、図1、
図3に示すように、球体、平板などで過大圧を吸収する
素子を用いて差圧伝送器を構成しても良い。
【0041】以上の構成において、圧力導入口69と7
4に差圧が印加されると、この差圧に基づいてセンサ5
8に設けられたシリコンゲージ60が変形して、対応す
る電圧信号に変換して変換器ケース51に内蔵された信
号処理回路により信号処理が行われる。
【0042】この場合に、導圧管の途中のバルブを閉め
た閉空間で温度上昇があると、内部流体が膨張して圧力
が上昇するが、金属ボール72或いは77の体積が縮小
して膨張した体積を吸収し圧力上昇を抑え、センサ58
に過大圧力が印加されるのが防止される。
【0043】なお、いままでの説明では、変形部材をフ
ランジ側に設ける構成として説明したが、これに限られ
ることはなく、例えば受圧ボデイ側に設けるように構成
しても良い。
【0044】以上、実施例と共に具体的に説明したよう
に本発明によれぱ、受圧室の中に圧力を吸収する変形部
材を設ける構成としたので、測定中にストップ弁を閉め
た状態で温度が上昇して導圧管内に体積膨張があって
も、受圧室に設けられた変形部材自身の体積を小さく変
形させ、結果として、受圧室の内部の圧力上昇を抑え、
これによりセンサの破壊を防止することができる。さら
に、プロセス配管に生じるウォ一タハンマなどのように
圧力の突変があっても、変形部材の変形によりこの圧力
の急変を抑える効果があり、センサの破壊を防ぐことが
できる。
【0045】さらに、プロセス配管に生じるウオータハ
ンマなどのように圧力の突変があっても、変形部材の変
形によりこの圧力の急変を抑える効果があり、センサの
破壊を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の構成を示す部分断面図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施例の構成を示す部分断面図
である。
【図3】本発明の第3の実施例の構成を示す部分断面図
である。
【図4】本発明の第4の実施例の構成を示す部分断面図
である。
【図5】従来の圧力伝送器をプロセス配管に取り付けた
ときのシステム構成図である。
【図6】図5に示す圧力伝送器の構造の詳細を示す部分
断面図である。
【符号の説明】
10、33、38 圧力伝送器 11 プロセス配管 12、14 ストップ弁 13、15、16 導圧管 17、52 受圧ボデイ 21 センサ 27 変換器ケース 28、34、39、44、53、54 フランジ 32、69、74 圧力導入口 37 球体 42、72、77 金属ボール 47 平板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 13/00 G01L 19/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部空所を有する受圧ボデイと、この内部空所の一壁面に一面が固定されて設けられ 差圧
    或いは圧力を検出するセンサと、 このセンサからのセンサ信号を伝送信号に変換する伝送
    部と、前記受圧ボデイの一端面に設けられ前記受圧ボデイとシ
    ール室を構成する シールダイアフラムと、前記受圧ボデイに設けられ前記シール室と前記内部空所
    とを連通する 連通孔と前記受圧ボデイに取付けられ前記
    受圧ボデイと前記シールダイアフラムと前記差圧或いは
    圧力が導入される受圧室を構成するフランジとを具備す
    る差圧/圧力伝送器において、 前記受圧室に設けられ前記受圧室の内部の体積を変化さ
    せて前記受圧室内の前記差圧或いは圧力が所定値以上上
    昇するのを吸収する変形部材を具備した事を特徴とする
    差圧/圧力伝送器。
  2. 【請求項2】前記変形部材は内部が中空の部材であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の差圧/圧力伝送器。
  3. 【請求項3】前記変形部材は高い体積圧縮率を有する材
    料からなることを特徴とする請求項1記載の差圧/圧力
    伝送器。
  4. 【請求項4】前記変形部材は一定面積の平板を気密を保
    持して前記フランジに固定したことを特徴とする請求項
    1記載の差圧/圧力伝送器。
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