JP3314349B2

JP3314349B2 - 圧力伝送器

Info

Publication number: JP3314349B2
Application number: JP26695195A
Authority: JP
Inventors: 雅嗣荒井; 康彦佐々木; 顕臣河野; 雄一石川; 芳巳山本; 章長須
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 2002-08-12
Anticipated expiration: 2015-10-16
Also published as: JPH09113394A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は化学プラント、石油
精製プラント及び食品プラントなどの流体の圧力又はプ
ラント配管中に設けたキャピラリー間に生じる流体の圧
力差を測定し、その検出信号を伝送する圧力伝送器に係
わり、特に圧力検出部への水素透過を低減する構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】圧力伝送器は、ダイアフラムで受けた圧
力をセンサで検出し、センサで検出された電気信号を外
部へ伝送するものであり、絶対圧を測定するものと、配
管中の微小な圧力の差、すなわち、差圧を測定するもの
がある。

【０００３】圧力伝送器は、大きく分けると、受圧部
と、受圧部で受けた圧力の測定結果を外部へ伝達する増
幅部とから構成されている。受圧部の構造としては、例
えば特開平5-72073号公報に、測定流体が導入される受
圧室と、この受圧室にダイアフラムを隔てて隣接する隔
離室を設け、隔離室に導圧路で連結されたセンサを備え
た構成のものが開示されている。

【０００４】このような圧力伝送器は、化学プラントや
食品プラントなどで使用されており、プラントの安全確
保や製品の品質を確保する点から、±０．１％の精度が
要求されている。さらに、圧力伝送器におけるダイアフ
ラムの水素透過低減法として、特開平4-348248号公報
に、ダイアフラムの測定流体側の表面に非導電性膜を直
接に、又はダイアフラムに密着性の良い別の非導電性膜
又は水素透過阻止膜を介してコーティングした構造の圧
力伝送器が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】圧力伝送器は化学プラ
ント等の各種プラントで使用されているため、プラント
の安全確保や製品の精度を確保する観点から、測定精度
は±０．１％が望まれている。しかし、ダイアフラムの
水素透過に基ずく下記のような問題があり、長期間その
精度を維持することが困難であった。

【０００６】すなわち、測定流体に含まれれる水素原子
又は水素イオンの一部がダイアフラムを透過し、導圧路
に充填されたシリコンオイル中に水素ガスとなって溜ま
り、そのため、ダイアフラムに加わる圧力の変化をセン
サに十分に伝達できなくなってしまい測定精度が低下す
る。また、最悪の場合は、シリコンオイル中に溜まった
水素ガスで測定が全くできなくなる場合もあった。一般
的に、水素透過量がシリコンオイル量の１〜２％になる
と、計測不良が発生する。

【０００７】このような現象は受圧室内の水素濃度が高
い場合やダイアフラム表面の水素吸着量が多い場合顕著
に発生する。また、一般に、ダイアフラムは高耐食性の
材料（たとえば、ステンレス鋼やＮi−Ｃr−Ｍo鋼）を
用いているが、ダイアフラムを除く受圧部は耐食性の低
い材料を使用していることが多い。このような高耐食性
材料と低耐食性材料との組み合わせからなる圧力伝送器
では、ガルバニック作用で受圧部や配管中に腐食が生
じ、ダイアフラム表面から腐食量に見合った電子の放出
が起こり、測定流体中の水素イオンに電子を与える。そ
の結果、ダイアフラム表面の水素吸着量が増加し、ダイ
アフラムの水素透過量も増加する。さらに、このような
現象はダイアフラム表面での局部電池作用、例えば表面
に付着した異物とその異物付着部周辺の表面を形成する
材質間での電池作用による腐食でも起こる。

【０００８】特に、測定流体が導電性の流体で測定温度
が比較的高いと、精度保持のため定期、不定期の検査、
保守整備を行わなければならず、機器の稼働能率を低下
させる欠点があった。さらに、従来の水素透過阻止技術
では、ダイアフラムの表面に多層の膜をコーティングす
るため、ダイアフラムの剛性が増し、そのため圧力伝送
器の性能を低下させる場合があった。また、従来の水素
透過阻止膜では経年劣化により剥離し、さらに、剥離に
伴って水素透過阻止膜とダイアフラム間に局部電池を形
成しダイアフラムの腐食が促進する場合もあった。

【０００９】本発明の目的は、ダイアフラムの水素透過
を阻止又は低減した信頼性の高い圧力伝送器、圧力計を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、表面に加わ
る流体の圧力により該表面に垂直の方向に変形するよう
に構成されたダイアフラムにおいて、前記ダイアフラム
の肉厚方向の内部に、前記表面にほぼ平行に広がるアル
ミニウム、銅、白金及び金のいずれか又は複数からなる
中間層を設けることにより達成される。前記ダイアフラ
ム内の中間層の肉厚方向両側にはダイアフラムを構成す
る主材が同じ材質及び同じ厚さになるように構成するの
が望ましい。

【００１１】上記目的はまた、表面に加わる流体の圧力
により該表面に垂直の方向に変形するように構成された
ダイアフラムにおいて、該ダイアフラムを、前記表面に
ほぼ平行に広がるアルミニウム、銅、白金及び金のいず
れか又は複数からなる中間層と、該中間層を両側からサ
ンドイッチ状に挟むように配置され中間層に接する面と
反対側の面が流体の圧力を受ける前記表面をなしている
主材とで構成することによっても達成される。前記中間
層の両側の主材は、互いに同じ材質及びほぼ同じ厚さで
あることが望ましい。また、前記主材の材質は高耐食性
の材料であることが望ましく、さらに前記高耐食性の材
料はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）又はNi基系合金で
あることが望ましい。

【００１２】上記の各ダイアフラムの各層は圧延によっ
て圧着されていることが望ましい。また中間層は、ダイ
アフラムの周縁溶接部を除く部分に配置するようにして
もよい。また、中間層の厚みは、ダイアフラムの全体の
厚みの１／１０〜１／３であり、かつ、０．００５ｍｍ
以上であることが望ましい。

【００１３】さらに、上記の目的は、流入させた測定流
体の圧力により変形するダイアフラムを備えた受圧室一
対と、前記一対の受圧室それぞれに流入した測定流体の
圧力の差を検出するセンサとセンサの信号を増幅する回
路とを備える圧力伝送器において、前記ダイアフラムと
して、上記いずれかのダイアフラムを用いることによっ
ても達成される。

【００１４】さらにまた、流入させた測定流体の圧力に
より変形するダイアフラムを備えた受圧室と、前記受圧
室に流入した測定流体の圧力を前記ダイアフラムの変形
量に基づいて圧力を変化させる封入液を介して検出する
センサとを備えてなる圧力計において、前記ダイアフラ
ムとして上記いずれかのダイアフラムを用いることによ
っても達成される。

【００１５】ダイアフラムの肉厚方向内部にアルミニウ
ム、銅、白金及び金のいずれか又は複数からなる中間層
を設けること、言い替えると、アルミニウム、銅、白金
及び金のいずれか又は複数からなる中間層を、ダイアフ
ラムを構成する主材によって両側からサンドイッチ状に
挟んだ構造とすることで、受圧室からダイアフラムを通
過して隔離室へ透過する水素の量（水素透過量）が伝送
器の耐用年数（例えば、１５年）期間内においても隔離
室内の封入液の量に比べ格段に少なくなり、水素透過が
測定精度に影響を及ぼすことがなくなる。

【００１６】さらにダイアフラム内部の中間層の両側に
は、ダイアフラムを構成する主材が圧着配置されている
から、水素透過阻止膜が測定流体と接して剥離したり腐
食するなどの劣化を招く恐れがない。また、ダイアフラ
ムを構成する主材が水素透過阻止膜両側で互いに同じ材
質及びほぼ同じ厚さになるように構成すると、温度が変
化する環境でも温度変化に起因する偏った変形を生じる
ことがなく、高精度の測定が可能となるとともに、ダイ
アフラムの接液面をどちらにしてもよいから、ダイアフ
ラムの誤取付けがなくなる。

【００１７】さらに、ダイアフラムは冷間圧延によって
圧着してあるので、金属間化合物などの形成がなく、金
属間化合物内への水素のトラップや、さらに、金属間化
合物内での割れなどが起こらず、長期にわたり安定して
使用することができる。

【００１８】また、流体を扱うプラントに本発明の圧力
伝送器を用いると、ダイアフラム中の水素透過に起因し
た測定精度の低下がなく、プラントの安定した稼働を維
持できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】一般に圧力伝送器といわれるもの
は、さらに細かく分けて、流体の絶対圧を検出、伝送す
るものと、二つの流体（あるいは同じ流体の異なる場
所）の圧力差を検出、伝送するものに分類される。両者
の構造上の大きな相違点は、受圧部にあって圧力差を検
出する検出部の構造にあり、その他はほぼ同じ構造であ
る。水素透過は、二つの流体（あるいは同じ流体の異な
る場所）の圧力差、つまり微小な圧力を高精度に検出す
る検出、伝送するもの（以下、差圧伝送器という）で問
題となることが多いので、以下、差圧伝送器を例にとっ
て本発明の実施例を説明する。本発明は、差圧伝送器だ
けでなく、流体の絶対圧を検出、伝送するものにも同様
に適用可能である。

【００２０】図１に本発明の実施例である差圧伝送器の
斜視図を示す。差圧伝送器は二つの測定流体の圧力を測
定するための受圧部１と、受圧部１に結合され受圧部１
の圧力センサまたは差圧センサ４により測定した圧力を
信号処理し外部に送るための増幅部３とを備えている。
受圧部１には、二つの測定流体受圧室７、７’と、この
測定流体受圧室７、７’それぞれに測定流体を導入する
ための二つの液体導入口２、２’が設けられている。増
幅部３にはセンサの信号を伝えるリード線が接続された
コネクタ等が取り付けられている。

【００２１】増幅部３は、差圧センサ４から出力された
信号の信号処理を行うアンプ部と、外部から供給された
電力をアンプ部へ伝達するための端子及びアンプから出
力される電気信号を外部に送り出すための端子等を内蔵
している。アンプ部は、センサを励起したり、センサ信
号を演算処理して、一般化したアナログ信号やディジタ
ル信号に変更するための電子部品を組み込んだ電子回路
５を含んで構成されている。また、増幅部３には出力信
号を表示する指示計が設けられており、この指示計に
は、ガラスを付けたカバー６が取り付けられている。

【００２２】図２に受圧部の断面を示す。図２は図１の
Ａ−Ａ’矢視断面を示している。図に明らかなように、
それぞれシールダイアフラム８、８’を一方の面とする
２つの測定流体受圧室７、７’は、過負荷保護用ダイア
フラム８”で上下に隔てられた隔離室１２，１２’を挟
んで、互いにシールダイアフラム８、８’を対向させて
位置している。そして、測定流体受圧室７、７’は、そ
れぞれシールダイアフラム８、８’を挟んで圧力伝達室
１３，１３’に隣接している。測定流体受圧室７、７’
のシールダイアフラム８、８’と対向する側は、厚さが
変形しない栓１１，１１’で密閉されている。また、こ
の測定流体受圧室７、７’には、前記液体導入口２、
２’が接続されている。隔離室１２と圧力伝達室１３，
隔離室１２’と圧力伝達室１３’は、それぞれ導圧路１
０，１０’で接続されている。なお、シールダイアフラ
ム８、８’は一般に単にダイアフラムと呼ばれ、円形を
なしている。

【００２３】また、前記過負荷保護用ダイアフラム８”
は、受圧部１と増幅部３との取り付け部の反対側に、そ
して過負荷保護用ダイアフラム８”の増幅部３側にはセ
ンサ４が具備されている。さらに、図上水平に配置され
た過負荷保護用ダイアフラム８”の図上、下側には隔離
室１２’を形成するために円盤状の栓１１”が受圧部１
本体に溶接されている。つまり、栓１１”と過負荷保護
用ダイアフラム８”の間が隔離室１２’であり、隔離室
１２は過負荷保護用ダイアフラム８”を隔てて隔離室１
２’上側に隣接している。前記導圧路１０’は、隔離室
１２’、圧力伝達室１３’及びセンサ４の一方の側を連
通しており、また、前記隔離室１２とセンサ４の他方の
側も互いに連通されている。導圧路１０，１０’、隔離
室１２，１２’、及び圧力伝達室１３、１３’には、圧
力媒体としてシリコンオイルが充填されている。

【００２４】ダイアフラム８，８’は、厚さ０．０５ｍ
ｍ、直径３０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）主
材の間に、中間層として厚さ０．０１mm、直径３０ｍｍ
のアルミニウムをサンドイッチ状に挟み、圧延により圧
着した構造である。ダイアフラム８，８’の周縁部が本
体に気密に溶接されている。サンドイッチの中身になる
中間層としては、アルミニウムだけでなく、銅の層、白
金の層、金の層や、それらの合金の層、さらには、前記
金属のうちの異なる種類の金属の層を２層以上重ねた層
としてもよい。

【００２５】上記の構成により、差圧伝送器は、測定流
体が流れている配管中に設けたオリフィス等のしぼり機
構の流入側と流出側との圧力をそれぞれ差圧伝送器の２
つの測定流体受圧室７、７’に加え、測定流体受圧室
７、７’の一方の壁面をなすダイアフラム８、８’、導
圧路１０，１０’によりその圧力を隔離室１２、１２’
に伝える。さらに、隔離室１２’の圧力は導圧路１０’
を介してセンサ４の上側に、隔離室１２の圧力はセンサ
４の下側に、それぞれ印加される。ダイアフラム８”の
役割は測定許容範囲外の大きな圧力差が加わってもセン
サが破損しないための機構である。このようにして印加
された圧力に圧力差があると、センサ４はその圧力差に
依存して変形し、この変形量を電気信号として取り出す
ことができる。なお、差圧伝送器と絶対圧を検出、伝送
する圧力伝送器との大きな相違点は、差圧伝送器には、
過負荷保護のためのダイアフラムが配置されていること
である。差圧伝送器は、微小な圧力差を検出することが
前提であるために、シールダイアフラムの変形が大きい
量になることは想定していない。一方の圧力が過大な場
合、図示のように、加わる圧力に対応した変形量が少な
い過負荷保護用のダイアフラムが配置されていると、シ
ールダイアフラムの一方に大きい圧力が加わっても、過
負荷保護用のダイアフラムが変形しないので、シールダ
イアフラムの変形量も大きくならず、ダイアフラムの破
損が起こりにくい。

【００２６】次に、本実施例の水素透過の阻止構造につ
いて以下に述べる。水素透過阻止構造を採っていない従
来の差圧伝送器では、測定流体の種類や測定時間に依存
して水素が測定流体受圧室から圧力伝達室へダイアフラ
ムを透過してしまい、導圧路内の封入液（シリコンオイ
ル）の中に気体として残留するため、透過量が多くなる
と測定精度が低下したり測定不能になることがあった。
たとえば、図３に測定流体受圧室を減圧した時の零点の
指示変化量と、ダイアフラムを透過した水素の透過量と
の関係を示す。図より、水素透過量の増加に伴って、零
点の指示変化量が増加することがわかる。

【００２７】しかし、本実施例の差圧伝送器は、ダイア
フラムが、アルミニウムを水素透過阻止のための中間層
とし、ＳＵＳ３１６Ｌを中間層の両面に配置した３層か
らなる水素阻止構造となっている。このため、例えば、
ダイアフラムの径が３０ｍｍのもので耐用年数を１５年
としたとき、ダイアフラムを透過する水素ガスの量が導
圧路の封入液の量に比べて非常に少なく、零点はほとん
どシフトせず長期にわたり安定した測定が可能である。

【００２８】上述の第１の実施例は、本発明を差圧伝送
器に適用した例であるが、絶対圧を検出、伝送する圧力
伝送器にも同様に適用できる。図１１は、圧力伝送器の
例を示す断面図である。圧力伝送器は、測定流体を導入
し絶対圧を検出する受圧部１と、受圧部１で測定した圧
力を信号処理し外部に送るための増幅部３とを備えてい
る。受圧部１には、互いに対向した位置に、測定流体が
導入される測定流体受圧室７と、大気に連通された大気
受圧室７”が設けられている。測定流体受圧室７の一方
の壁面はシールダイアフラム８で形成され、測定流体受
圧室７はこのシールダイアフラム８を隔てて圧力伝達室
１３に隣接している。大気受圧室７”の一方の壁面はシ
ールダイアフラム８’で形成され、大気受圧室７”はこ
のシールダイアフラム８’隔てて圧力伝達室１３’に隣
接している。圧力センサ４が、その一方の感圧面に伝達
室１３’の内圧を受けるように配置され、圧力センサ４
の他方の感圧面には導圧路１０を通して圧力伝達室１３
の内圧が印加されるように構成されている。圧力伝達室
１３と導圧路１０、圧力伝達室１３’には、それぞれ圧
力を伝達するための封入液（本実施例においてはシリコ
ンオイル）が充填されている。測定流体受圧室７のシー
ルダイアフラム８に対向する側は変形しない栓１１で密
閉されており、大気受圧室７”のシールダイアフラム
８’に対向する側も同様に変形しない栓１１’で密閉さ
れている。圧力センサ４にはリード線９が接続され、検
出された信号が増幅部３に出力される。図示されていな
い増幅部３は、差圧伝送器と同様に、伝送器本体の信号
処理を行うアンプ部と、外部から供給された電力をアン
プ部に伝達したり、アンプ部で生成された電気信号を外
部に送り出すための端子等を内蔵している。

【００２９】上記の構成により、圧力伝送器は、測定流
体の圧力と大気圧をそれぞれ測定流体受圧室７、大気受
圧室７”に加え、測定流体受圧室７、大気受圧室７”の
壁面の一部をなすシールダイアフラム８，８’によりそ
の圧力を圧力伝達室１３，１３’に伝える。圧力伝達室
１３’の圧力は圧力センサ４の一方の感圧面に印加さ
れ、圧力伝達室１３の圧力は導圧路１０を経て圧力セン
サ５の他方の感圧面に印加される。圧力センサ５は印加
される流体の圧力に依存して変形し、変形量に応じた値
の電気信号を出力する。この電気信号に基いて測定流体
の絶対圧が算定される。なお、このような圧力伝送器で
は圧力センサの厚みが厚く、測定許容範囲外の大きな圧
力差が加わっても、センサが破損しないようになってい
る。

【００３０】このような構成の装置においても、水素
が、測定流体からシールダイアフラムを透過して圧力伝
達室１３’のシリコンオイルに入り込むと、圧力センサ
の検出精度が低下するが、本発明のダイアフラムを適用
することで、精度の低下を長期間に亘って抑止すること
ができる。

【００３１】次に、水素透過阻止膜構造のダイアフラム
の効果について詳細に説明する。本実施例の、厚さ０．
０５ｍｍ、直径３０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６
Ｌ）主材の間に厚さ０．０１のアルミニウムの中間層を
挟んだサンドイッチ構造のダイアフラムと、比較用とし
て厚さ０．１ｍｍ、直径３０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ３１６Ｌ）主材の１層構造のダイアフラムの、それぞ
れの水素透過量を測定した。水素透過量の測定は図４に
示す評価装置を用いて行った。図４に示す評価装置は、
２つの真空チャンバー４０、４０’と、真空チャンバー
４０、４０’から排気する真空ポンプ４１、４１’と、
真空チャンバー４０’に装着された質量分析計４２と、
真空チャンバー４０に接続されたガスボンベ４３と、真
空チャンバー４０、４０’それぞれに装着された真空計
４４、４４’と、を含んで構成されている。

【００３２】２つの真空チャンバー４０、４０’は、試
験片４５（測定対象のダイアフラム）を介して連通さ
れ、質量分析計４２で真空チャンバー４０から真空チャ
ンバー４０’へ試験片４５を透過した水素の圧力変化が
測定できる。試験片４５の取り付け治具の外側にはリボ
ンヒータ４６があり、最高４００℃まで加熱することが
できる。実験はベーキング処理後、２つの真空チャンバ
ー４０、４０’内を真空ポンプで排気し、その圧力が１
０の−８乗Ｔorr以下になった時点で、真空チャンバ４
０内に８０Ｔorrの重水素を導入して行った。なお、導
入ガスは各チャンバ壁からの放出水素ガスと区別するた
めに重水素としており、水素ガスでも同様な結果が得ら
れる。測定は２５０〜３７５℃の温度範囲とし、各所定
温度で数回実施した。

【００３３】図５に測定例として、真空チャンバ４０’
内の重水素の圧力変化を示す。同図は横軸に時間、縦軸
に試験片を透過した重水素の量を示している。また、図
中のＡ点は真空チャンバ４０に重水素を導入した点で、
同図Ｂ点は真空チャンバ４０内の重水素を排気した点で
ある。図からわかるように、真空チャンバ４０’内の重
水素の圧力は時間の経過に伴って増加し、その後定常状
態Ｊ∞となる。また、真空チャンバ４０内の重水素を排
気すると、真空チャンバ４０’内の重水素の圧力は徐々
に低下する。定常状態Ｊ∞の値は試験片を透過する重水
素の量と真空チャンバ４０’に接続してあるポンプ４
１’の排気速度で決まる。すなわち、透過率Ｋは（１）
式で表すことができる。ここで、ΔＱ：試験前真空チャ
ンバ４０’の圧力と定常状態の真空チャンバ４０’の圧
力との差、f：真空計の重水素に対する感度係数、ｖ：
ポンプの排気速度、Ａ：試験片の面積、Ｌ：試験片の厚
さ、P1：真空チャンバ４０に導入した重水素の圧力であ
る。

【００３４】

【数１】

【００３５】図６に（１）式を用いて算出した試験片の
透過率を示す。同図は横軸に温度の逆数、縦軸に透過率
を示している。また、同図はグラフの左下ほど透過率が
小さく、水素透過阻止膜として効果が大きいことを示
す。図より、ＳＵＳ３１６Ｌ１層（厚さ０．１ｍｍ）の
ダイアフラムに比べ、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）
の間に厚さ０．０１mmのアルミニウムを挟んだサンドイ
ッチ構造の試験片の透過率は２桁程度小さく、従来のス
テンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）に比べ、格段に水素透過
量を低減できることがわかる。これは、アルミニウムは
水素の固溶量が小さいためなどの材料そのものの結晶構
造に起因している。

【００３６】次に、水素透過阻止ダイアフラムとして銅
を中間層として挟んだ３層（サンドイッチ）構造のダイ
アフラムの水素透過阻止効果につて説明する。

【００３７】厚さ０．０５ｍｍ、直径３０ｍｍのステン
レス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）主材の間に厚さ０．０１の銅
の中間層を挟んだ構造のダイアフラムを製作し、同様な
試験を行った。その結果、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６
Ｌ）の間に厚さ０．０１ｍｍのアルミニウムを挟んだ構
造のダイアフラムと同様に、ＳＵＳ３１６Ｌ１層のダイ
アフラムに比べ、水素透過量は２桁程度小さくなること
を確認した。このようにダイアフラムの内部に水素透過
量を低減できる膜を設けることで、水素透過量を格段に
低減することができる。また、層の厚さが厚いほど水素
透過量は低減するが、製法及びダイアフラムの機能の面
から考えるとダイアフラムの厚さに対し、１／１０〜１
／３が好ましい。ただし、水素透過を防止するためには
最小でも、０．００５ｍｍの厚みは確保する必要があ
る。たとえば、厚さ０．０７ｍｍのダイアフラムでは
０．０１ｍｍの水素透過阻止層があるとよい。

【００３８】次にダイアフラムを構成する主材が同じ材
質及び同じ厚さになるように構成されている場合の差圧
伝送器の性能について説明する。図７に示すようにダイ
アフラムの構成は、中間に水素透過阻止層であるアルミ
ニウムの層７１があり、その両側がステンレス鋼７２、
７２’の場合、温度が変化するような環境では、両側が
ステンレス鋼と同材質なので片側に変形することなく均
一に伸びる。しかし、図８に示すように両側が異なる材
質の場合、たとえば、ステンレス鋼８２と銅８３では、
ステンレス鋼８２と銅８３の熱膨張係数が異なるので、
図中に示す点線のような変形を生じてしまう。したがっ
て、ダイアフラムを構成する主材が同じ材質及び同じ厚
さになるように構成することでこのような問題は生じ
ず、高精度な計測が可能となる。また、ダイアフラムの
表面をステンレス鋼等の耐食性金属とすることで、腐食
環境下でも長期間にわたり使用が可能である。さらに、
従来の金コートなどでは、測定流体により剥離などの問
題があったが、本実施例のダイアフラムでは水素透過を
阻止する層は測定流体に直接接触しないからこのような
問題がなく、長期にわたり安定して測定が可能である。
ここでいう同じ材質とは、ヤング率、熱膨張係数などが
同じものをいい、成分すべてが同じであることを規定し
ているわけではない。

【００３９】次にこのような水素透過を阻止する層を中
間に挟んだサンドイッチ構造のダイアフラムの製法につ
いて説明する。図９に、中間にアルミニウム、その両側
をステンレス鋼としたダイアフラムの製法を示す。ステ
ンレス鋼が巻かれているロール９１、９１’とアルミニ
ウムが巻かれているロール９２を図に示すように配置
し、各ロールから繰りのばした薄板材を重ねて圧延用の
ロール９３、９３’の間に送りこみ、ロール９３、９
３’で圧延しつつ圧着して製作する。この時、ステンレ
ス鋼及びアルミニウムを柔らかくするために加熱しても
よい。加熱温度は、金属酸化物の生成を避けるため、３
００℃程度以下とするのが望ましい。さらに、酸化皮膜
の再形成を防止するために不活性ガス内で製作するとよ
い。

【００４０】このような製法で製作されたダイアフラム
では、圧延時にアルミニウムが延ばされてアルミニウム
表面の酸化膜が破れアルミニウムの面がステンレス鋼と
接触することで強い結合力を得ることができる。したが
って、アルミニウムの面がステンレス鋼と剥がれること
がなく強固に結合されている。なお、その他の製造法と
して熱を加えて高温（４５０℃を超える温度）で接合し
た場合は、ステンレス鋼とアルミニウムの界面にＣrＡl
7，ＦeＡl3等の金属間化合物を形成してしまうので、接
合強度は著しく低下し、かつ、金属間化合物内に水素を
蓄えてしまい破壊に至る場合もある。以上のように、圧
延により接合することでステンレス鋼とアルミニウムを
金属学的に化合物を形成することなく、強固に結合する
ことができ、かつ、水素透過阻止膜として最適なダイア
フラムを得ることができる。

【００４１】次にダイアフラムの溶接法について説明す
る。ダイアフラムを受圧部１に溶接するには電子ビーム
等を用いて直接溶接可能であるが、金属間化合物などの
形成が認められる場合はリングを介して接合してもよ
い。図１０に溶接例を示す。図に示すように、十分に厚
い溶接リング１００とダイアフラム１０１を溶接し、溶
接部１０１Ａを測定流体と接液しないように設置し、さ
らに、溶接リング１００を受圧部１に溶接することで信
頼性の高い溶接構造が得られる。

【００４２】上記実施例では、水素透過阻止のための中
間層をダイアフラム全体に配置してあるが、例えば円形
のダイアフラムの周縁を前述のように溶接リングに溶着
する場合、水素透過阻止のための中間層の直径をダイア
フラムの直径よりも小さくしておいてもよい。こうすれ
ば、ダイアフラムの溶接される部分は主材だけで構成さ
れるから、溶接部の品質確保が容易であり、作業性も向
上する。

【００４３】上記各実施例は、水素透過阻止のための中
間層を備えたサンドイッチ構造のダイアフラムを圧力伝
送器に適用したものであるが、圧力伝送器以外にダイア
フラムを使用している機器、例えば圧力計に適用しても
同様な効果が得られる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、ダイアフラムを、アル
ミニウム、銅、白金及び金のいずれか又は複数からなる
層を中間に挟んだサンドイッチ構造としたので、圧力伝
送器の性能を低下させることなく、ダイアフラムを透過
する水素量を格段に低減でき、圧力伝送器の信頼性を向
上し、また、寿命を延長することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例である差圧伝送器の斜視図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ’線矢視断面図である。

【図３】測定流体から水素が封入液（シリコンオイル）
に透過した場合の、水素透過量と零点の指示変化量の関
連を説明する概念図である。

【図４】水素透過量を定量的に評価した測定装置の概略
図である。

【図５】評価装置での測定結果の例を示す図である。

【図６】ＳＵＳ３１６Ｌ単層の試験片と、アルミニウム
をＳＵＳ３１６Ｌの間に挟んだサンドイッチ構造の試験
片の水素透過量の例を示すグラフである。

【図７】アルミニウムをステンレス鋼で挟んだサンドイ
ッチ構造のダイアフラムの例を示す断面図である。

【図８】アルミニウムをステンレス鋼と銅で挟んだサン
ドイッチ構造のダイアフラムの例を示す断面図である。

【図９】アルミニウムをステンレス鋼で挟んだサンドイ
ッチ構造のダイアフラムの製法を説明する概念図であ
る。

【図１０】ダイアフラムの溶接構造の一例を示す図であ
る。

【図１１】圧力伝送器の構造の一例を示す図である。

【符号の説明】

１受圧部２流体導入口３増幅部４センサ、圧力
センサ５電子回路６アルミカバー７，７’ 測定流体受圧室７” 大気受圧室８，８’ シールダイアフラム８” 過負荷保護
用ダイアフラム９リード線１０，１０’ 導
圧路１１，１１’ 栓１２，１２’ 隔
離室１３，１３’ 圧力伝達室４０，４０’ チ
ャンバー４１，４１’ ポンプ４２質量分析計４４，４４’ 真空計４５試験片４６リボンヒータ７１アルミニウ
ム７２，７２’ ステンレス鋼８２ステンレス
鋼８３銅９１，９１’ ス
テンレス鋼のロール９２アルミニウムのロール９３，９１’ 圧
延用ロール１００溶接リング１０１ダイアフ
ラム１０１Ａダイアフラムと溶接リングの溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川雄一茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者山本芳巳茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者長須章茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内 (56)参考文献特開平５−318676（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−44921（ＪＰ，Ａ) 実開平５−92673（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−930（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 13/00 - 13/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】両面を流体に接し、表面に加わる流体の
圧力により該表面に垂直の方向に変形するように構成さ
れたダイアフラムにおいて、前記ダイアフラムの肉厚方
向の内部に、前記表面にほぼ平行に広がるアルミニウ
ム、銅、白金及び金のいずれか又は複数からなる中間層
を設けたことと、ダイアフラムの各層は圧延によって圧
着されていることを特徴とするダイアフラム。
【請求項２】両面を流体に接し、表面に加わる流体の
圧力により該表面に垂直の方向に変形するように構成さ
れたダイアフラムにおいて、前記ダイアフラムの肉厚方
向の内部に、前記表面にほぼ平行に広がるアルミニウ
ム、銅、白金及び金のいずれか又は複数からなる中間層
を設けたことと、中間層の厚みは、ダイアフラムの全体
の厚みの１／１０〜１／３であり、かつ０．００５ｍｍ
以上であることを特徴とするダイアフラム。
【請求項３】請求項１または２に記載のダイアフラム
において、前記ダイアフラム内の中間層の肉厚方向両側
にはダイアフラムを構成する主材が同じ材質及び同じ厚
さになるように構成されていることを特徴とするダイア
フラム。
【請求項４】両面を流体に接し、表面に加わる流体の
圧力により該表面に垂直の方向に変形するように構成さ
れたダイアフラムにおいて、該ダイアフラムが、前記表
面にほぼ平行に広がるアルミニウム、銅、白金及び金の
いずれか又は複数からなる中間層と、該中間層を両側か
らサンドイッチ状に挟むように配置され中間層に接する
面と反対側の面が流体の圧力を受ける前記表面をなして
いる主材とで構成されていることと、ダイアフラムの各
層は圧延によって圧着されていることを特徴とするダイ
アフラム。
【請求項５】両面を流体に接し、表面に加わる流体の
圧力により該表面に垂直の方向に変形するように構成さ
れたダイアフラムにおいて、該ダイアフラムが、前記表
面にほぼ平行に広がるアルミニウム、銅、白金及び金の
いずれか又は複数からなる中間層と、該中間層を両側か
らサンドイッチ状に挟むように配置され中間層に接する
面と反対側の面が流体の圧力を受ける前記表面をなして
いる主材とで構成されていることと、中間層の厚みは、
ダイアフラムの全体の厚みの１／１０〜１／３であり、
かつ０．００５ｍｍ以上であることを特徴とするダイア
フラム。
【請求項６】請求項４または５に記載のダイアフラム
において、前記中間層の両側の主材が、互いに同じ材質
及びほぼ同じ厚さであることを特徴とするダイアフラ
ム。
【請求項７】請求項４〜６のうちのいずれか１項に記
載のダイアフラムにおいて、前記主材の材質は高耐食性
の材料であることを特徴とするダイアフラム。
【請求項８】請求項７に記載のダイアフラムにおい
て、前記高耐食性の材料はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６
Ｌ）又はNi基系合金であることを特徴とするダイアフラ
ム。
【請求項９】流入させた測定流体の圧力により変形す
るダイアフラムを備えた受圧室一対と、前記一対の受圧
室それぞれに流入した測定流体の圧力の差を検出するセ
ンサと、該センサの信号を増幅する回路とを備えてなる
圧力伝送器において、前記ダイアフラムが請求項１乃至
８のうちのいずれかに記載のダイアフラムであることを
特徴とする圧力伝送器。
【請求項１０】流入させた測定流体の圧力により変形
するダイアフラムを備えた受圧室と、前記受圧室に流入
した測定流体の圧力を前記ダイアフラムの変形量に基づ
いて圧力を変化させる封入液を介して検出するセンサと
を備えてなる圧力計において、前記ダイアフラムが請求
項１乃至８のうちのいずれかに記載のダイアフラムであ
ることを特徴とする圧力計。
【請求項１１】加圧された流体が流通する配管と、前
記配管の圧力を測定し信号として出力する圧力伝送器と
を備えてなるプラントにおいて、前記圧力伝送器は請求
項９に記載の圧力伝送器であることを特徴とするプラン
ト。