JP3980270B2 - 容量型ベースの圧力センサ設計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は容量型圧力変換器、特に容量型圧力変換器で使用するための改良された電極支持体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は従来技術の容量型圧力変換器アセンブリ100 を組立てた側断面を部分的に示している。図２は変換器アセンブリ100 の展開した側断面図を示している。図の便宜上、図１および２と、本発明の説明のその他の図面は実寸ではない。米国特許第4,823,603 号明細書は通常の形態の変換器アセンブリ100 の容量型圧力変換器アセンブリを開示している。米国特許第5,020,377 号明細書および米国特許第4,785,669 号明細書は、本発明に関連する容量型圧力変換器を開示している。
【０００３】
簡単に説明すると、変換器アセンブリ100 は第１の密封された内部室110 と第２の密封された内部室112 とを規定した本体を含んでいる。室 110と112 は比較的薄くフレキシブルで導電性のダイヤフラム120 により相互から隔離されている。以下さらに詳細に説明するように、ダイヤフラム120 は室 110と112 の圧力差に応答して、屈曲または湾曲するように取付けられている。変換器アセンブリ100 はダイヤフラムの湾曲量を示しているパラメータを与え、それ故、このパラメータは差圧力を間接的に指示する。差圧力を示す変換器アセンブリ100 により与えられるパラメータはダイヤフラム120 と電極130 との間の電気キャパシタンスである。
【０００４】
変換器アセンブリ100 はＰ ｘカバー140 とＰ ｘ本体150 を含んでいる（以下説明するように、項“Ｐ ｘ”は未知の圧力を意味する）。図３のａはＰ ｘ本体150 の平面図である。Ｐ ｘ本体150 は管状であり、中心の内部穴152 （図３のａで図示され、図２では線153 により示されている）を規定する。Ｐ ｘ本体150 の上部表面は段部を有し、穴152 の外周辺に延在するショルダ部154 を提供する。Ｐ ｘ本体150 は下部表面156 も含んでいる。Ｐ ｘカバー140 は円形の金属シートであり、中心の穴144 を規定する圧力管142 が設けられている。Ｐ ｘカバー140 は（例えば溶接によって）Ｐ ｘ本体150 の下部表面156 に剛性に取付けられている。ダイヤフラム120 は通常、導電材料（例えばステンレス鋼）の薄く円形のフレキシブルなシートである。前述したように、図１および２は実寸で示されておらず、ダイヤフラム120 は通常、変換器アセンブリ100 のその他の部品と比較して、図示されているよりも非常に薄い。ダイヤフラム120 は図１で示されているように、Ｐ ｘ本体150 のショルダ部154 と接触する。ダイヤフラム120 の外周部は通常、Ｐ ｘ本体150 に溶接され、ダイヤフラム120 の外周部をＰ ｘ本体150 のショルダ部154 に剛性に保持されている。
【０００５】
Ｐ ｘカバー140 、Ｐ ｘ本体150 、およびダイヤフラム120 は内部の密封された室110 を規定するように共同して動作する。Ｐ ｘカバー140 は下部を規定し、Ｐ ｘ本体150 は側壁を規定し、ダイヤフラム120 は室110 の上部を規定する。管142 中の流体は穴144 と中心の穴152 （図３のａ参照）を通って室110 へ流入する。管142 中の流体はダイヤフラム120 の下部表面と連通している。
【０００６】
変換器アセンブリ100 はＰ ｒ本体160 とＰ ｒカバー170 を含んでいる（以下説明するように、項“Ｐ ｒ”は基準圧力を意味する）。図３のｂはＰ ｒ本体160 の平面図を示している。Ｐ ｒ本体160 は管状であり、中心の穴162 （図３のｂで図示され、図２では線263 で示されている）を規定する。Ｐ ｒ本体160 の上部表面は段部を有し、下部ショルダ部164 と上部ショルダ部166 を提供する。下部ショルダ部164 は穴162 の周囲に延在し、上部ショルダ部166 は下部ショルダ部164 の周囲に延在する。Ｐ ｒ本体160 はショルダ部 164、166 に反対側に下部表面168 を含んでいる。Ｐ ｒ本体160 の下部表面168 は（例えば溶接によって）ダイヤフラム120 の外周部の上部表面に剛性に取付けられている。Ｐ ｒカバー170 は円形の金属シートであり、中心の穴174 を規定する圧力管172 が設けられている。Ｐ ｒカバー170 は（例えば溶接によって）Ｐ ｒ本体160 に剛性に取付けられ、それによってＰ ｒカバー170 の外周部はＰ ｒ本体160 の上部ショルダ部166 と接触している。
【０００７】
Ｐ ｒカバー170 、Ｐ ｒ本体160 、ダイヤフラム120 は内部の密封された室112 を規定するように共同して動作する。ダイヤフラム120 は下部を規定し、Ｐ ｒ本体160 は側壁を規定し、Ｐ ｒカバー170 は室112 の上部を規定する。管172 の流体は穴174 と中心の穴162 （図３のｂ参照）を通って室112 中へ流入する。管172 の流体はダイヤフラム120 の上部表面と連通している。以下説明するように、電極130 が収納されているが、室112 で流体の流れを妨害しない。
【０００８】
電極130 は通常、非導電性（または絶縁性）のセラミックブロックから製造され、円筒形の形状を有する。図３のｃは電極130 の下面を示している。電極130 の下部表面は段部を有し、中心平面135 と、その外周に延在するショルダ部136 を含んでいる。電極130 は（図３のｃで示され、図２では線133 で示されている）穴132 を備えている。電極130 は（例えば電気メッキにより）中心平面135 上に被覆されている比較的薄い導体134 をさらに含んでいる。導体134 は図２と図３のｃだけに示されており、図の便宜上、導体134 は図１では示されていない。図１で示されているように、電極130 はＰ ｒカバー170 と、Ｐ ｒ本体160 の下部ショルダ部164 との間でクランプされる。（図３のｃで示されている）電極130 の穴132 はダイヤフラム120 の上部表面と圧力管172 との間で電極130 を通って流体が自由に流れることを許容する。電極130 とＰ ｒ本体160 のクランピングによって、ダイヤフラム120 と間隔を隔てた関係に導体134 が保持される。電極130 は、導体134 とダイヤフラム120 との間の間隔が比較的小さい（例えば０．０００２メートル程度）ように通常位置されている。
【０００９】
導体134 とダイヤフラム120 はキャパシタ138 の並列電極板を形成する。よく知られているように、Ｃ＝Ａｅ／ｄであり、ここでＣは２つの並列電極板間のキャパシタンスであり、Ａは電極板間の共通面積であり、ｅは電極板間の材料に基づいた定数（真空ではｅ＝１）であり、ｄは電極板間の距離である。キャパシタ138 により与えられたキャパシタンスはダイヤフラム120 と導体134 との間の距離の関数である。ダイヤフラム120 は室 110と 112との間の圧力差の変化に応答して上下に曲がり、キャパシタ138 により与えられるキャパシタンスも変化する。時間の任意の瞬間に、キャパシタ138 により与えられるキャパシタンスは室 110と112 との間の瞬間的な差圧力を示している。既知の電気回路（例えばキャパシタ138 により与えられるキャパシタンスの関数である共振周波数により特徴付けられる“タンク”回路）はキャパシタ138 により与えられるキャパシタンスを測定し、差圧力を表す電気信号を与えるためにより使用されることができる。
【００１０】
変換器アセンブリ100 はキャパシタ138 により与えられるキャパシタンスの測定を可能にするため導電性のフィードスルー180 を含んでいる。フィードスルー180 の１端部182 は電極130 と接触している。フィードスルー180 はＰ ｒカバー170 の穴を通って突出し、それによってフィードスルー180 の他端184 は変換器アセンブリ100 の外部に位置する。フィードスルー180 が通過するＰ ｒカバー170 の穴は、室112 中の圧力を維持し、フィードスルー180 をＰ ｒカバー170 から電気的に絶縁するために、例えば溶融ガラスプラグ185 により密封される。フィードスルー180 は導体134 に電気的に接続されている。電極130 は通常、（電極130 の下部表面上の）導体134 と、電極130 の上部表面と接触するフィードスルー180 の端部182 との間の電気接続を可能にするために、電気メッキされたスルーホール（図示せず）を通常含んでいる。フィードスルー180 はキャパシタ138 の一方の電極板（即ち導体134 ）に電気的接続を与える。ダイヤフラム120 はＰ ｒ本体160 に溶接されるので、Ｐ ｒ本体160 は電気的接続をキャパシタ138 の他方の電極板（即ちダイヤフラム120 ）に接続する。それ故、キャパシタ138 により与えられるキャパシタンスはＰ ｒ本体160 と、フィードスルー180 の端部184 との間に測定回路（図示せず）を電気的に接続することによって測定されることができる。実際に、変換器アセンブリ100 の本体は通常接地され、したがって、キャパシタ138 により与えられるキャパシタンスは測定回路を、フィードスルー180 の端部184 に単に電気的に接続することによって測定されてもよい。
【００１１】
導体134 は通常、（図３のｃで示されているように）電極130 の下部表面上に円形の“リング状”構造で整列される。さらに、幾つかの従来技術の圧力変換器は電極130 上に配置された１以上の導体と、導体に電気的に接続するための対応する数のフィードスルーを含んでいる。このような変換器は少なくとも２つのキャパシタ、即ちダイヤフラム120 と電極130 上の導体により形成される第１のキャパシタと、ダイヤフラム120 と電極130 上の別の導体とにより形成される第２のキャパシタを提供する。よく知られているように、この方法で多数のキャパシタを設けることは変換器のさらに正確な温度補償を有効に行うために使用されることができる。
【００１２】
動作において、変換器アセンブリ100 は通常、絶対圧力変換器として使用される。この形態で、室112 は通常、真空ポンプ（図示せず）を圧力管172 へ接続することにより最初に排気される。室112 が排気された後、管172 は室112 の真空を維持するために密封、または“ピンチオフされる”。これは室112 に“基準”圧力を生成する。真空は便利な基準圧力であるが、基準圧力としてその他の圧力を使用することも知られている。室112 の圧力は既知または基準圧力であるので、室112 を構成するために使用される部品（即ちＰ ｒ本体160 とＰ ｒカバー170 ）はＰ ｒ部品（即ち“基準圧力”部品）と呼ばれる。基準圧力が室112 に設定された後、圧力管142 は流体の圧力の測定を可能にするために流体のソース（図示せず）に接続される。この方法による圧力管142 の結合は、圧力が測定される流体を室110 へ（およびダイヤフラム120 の下部表面へ）転送する。室110 の圧力は未知であるかまたは測定されるべきもので、室110 を構成することに使用される部品は（即ちＰ ｘカバー140 とＰ ｘ本体150 ）はＰ ｘ部品（即ち“未知の圧力”部品）と呼ばれる。ダイヤフラム120 の中央は室110 と112 の間の差圧力に応答して上または下に曲がる。変換器アセンブリ100 はダイヤフラムの曲り量の測定を許容し、それによって室112 の既知の圧力に関連する室110 の圧力の測定を可能にする。
【００１３】
変換器アセンブリ100 はまた、勿論、差圧力変換器としても使用されることができる。この形態で、圧力管142 は第１の流体ソース（図示せず）に接続され、圧力管172 は第２の流体ソース（図示せず）に接続される。変換器アセンブリ100 は２つの流体の圧力差の測定を許容する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
変換器アセンブリ100 の１つの問題は導体134 とダイヤフラム120 との間のゼロ圧力差の開始時のスペースである。変換器アセンブリ100 の動作では、ダイヤフラム120 は勿論上および下に曲り、それによってダイヤフラム120 と導体134 との間のスペースを変更する。しかしながら、変換器アセンブリ100 が一貫して正確な圧力の指示を行うためには、ダイヤフラム120 と導体134 との間に一定の開始公称スペースを設けることが重要である。特定の圧力差、例えばゼロ圧力差では、圧力ダイヤフラム120 と導体134 との間の開始距離は常に同一であることを確実にすることが重要である。室110 と112 間の特定の圧力差ではダイヤフラム120 と導体134 との間の開始距離は“公称距離”と呼ばれる。多数の変換器アセンブリ100 を製造するとき、導体134 とダイヤフラム120 との間の同一の公称距離を一貫して与えることが重要である。さらに、変換器アセンブリ100 の任意の１ユニットでは、公称距離は一定であり、時間の経過によって変化しないことを確実にすることが重要である。
【００１５】
従来技術の変換器アセンブリ100 は一定の公称距離を維持するために弾性素子192 を含んでいる。弾性素子192 はＰ ｒカバー170 と電極130 の上部との間で加圧される。Ｐ ｒ本体160 の下部ショルダ部164 は電極130 のショルダ部136 を支持する。Ｐ ｒカバー170 はＰ ｒ本体160 に溶接されるので、弾性素子192 は電極130 を押下げ、電極130 をＰ ｒ本体160 に関して固定した位置に保持するばね力を提供する。弾性素子192 はしばしば“波形座金”（即ちリング平面に垂直方向で１以上の箇所で屈曲されている金属のＯリングタイプの座金）を使用して構成される。弾性素子192 は比較的大きいばね力（例えば１００ポンド程度）を提供し、それによって電極130 を安定位置に保持する。
【００１６】
変換器アセンブリ100 は電極130 を強固に保持するが、導体134 とダイヤフラム120 との間の公称距離は例えば機械的または熱的な衝撃に応答して時間にわたって少量だけ変化できる。当業者が認識するように、電極130 のように圧縮により位置に保持される構成素子は、時間にわたり少量の移動（クリープとも呼ばれる）を行うことができる。このクリープは時には公称距離を変更させる可能性があり、したがって変換器アセンブリ100 の正確性に悪影響する。過剰な圧力状態は電極130 の不所望な移動を起こす。変換器アセンブリ100 の公称上の動作期間中に、ダイヤフラム120 は電極130 と接触することはない。しかしながら、変換器アセンブリ100 の通常の動作範囲を越える室110 の大きい圧力（即ち過剰な圧力）は、ダイヤフラム120 を電極130 に接触させ、弾性素子192 を僅かに圧縮させることができる。過剰な圧力状態がなくなり、ダイヤフラム120 が通常の動作位置に戻るとき、弾性素子192 は再度膨張し、電極130 を再度位置付ける。時には、電極130 の新しい位置は、過剰な圧力状態が与えられる前の本来の位置とは僅かに異なる。このような位置の変化は公称距離にシフトを生じさせ、変換器アセンブリ100 の正確性に悪影響する。
【００１７】
それ故、本発明の目的は、電極の取付けを改良して電極間の距離が一定で、時間の経過によって変化しないような構造の圧力変換器アセンブリを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は圧力変換器の電極の改良された取付けを提供する。この取付けは電極に改良された安定性を与える。
【００１９】
１特徴では、本発明は改良された圧力変換器アセンブリを提供する。このアセンブリは第１の本体と、第２の本体と、ダイヤフラムと、電極とを含んでいる。第１の本体は１つのケースと、１以上のスポークと、１つのハブとを含んでいる。ケースは内部表面を有する。各前記スポークは第１の端部から第２の端部まで延在する。各スポークの１端部は内部表面と接触し、各スポークの第２の端部はハブと接触する。ダイヤフラムは第１の本体と第２の本体との間に取付けられる。第１の本体とダイヤフラムは第１の室を形成する。第２の本体とダイヤフラムは第２の室を形成する。ダイヤフラムの一部は第２の室の圧力よりも大きい第１の室の圧力に応答して第１の方向で曲がる。ダイヤフラムの一部は第１の室の圧力よりも大きい第２の室の圧力に応答して第１の方向とは反対の第２の方向で曲がる。電極は第１の室中に配置され、ハブに固定される。電極とダイヤフラムとの間のキャパシタンスは第１の室と第２の室の圧力差を表している。
【００２０】
本発明のその他の目的および利点は、本発明の最良のモードを単に例示として示し説明している以下の詳細な説明から当業者に容易に明白になるであろう。理解されるように、本発明はその他の異なる実施形態でも可能であり、その幾つかの詳細は全て本発明の技術的範囲を逸脱せずに種々の観点で変更が可能である。したがって、図面と説明は例示とみなすべきであり、本発明を制限または規定する意味ではなく、適用の技術的範囲は特許請求の範囲によって示されている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の特性および目的を十分に理解するため、添付図面を伴った以下の詳細な説明を参照し、同一の参照符号は同一または類似の部分を示すことに使用されている。
図４のａは、本発明にしたがって構成された組立てられた変換器アセンブリ200 の部分的な側断面図を示している。図４のｂは図４のａで示されている変換器アセンブリを部分的に破断した平面図を示している。図５は変換器アセンブリ200 の側断面図を示している。好ましい実施形態では、変換器アセンブリ200 を構成するために使用される幾つかの部品は、従来技術の変換器アセンブリ100 で使用された部品と同一または類似している。特に、変換器アセンブリ200 は、従来技術の変換器アセンブリ100 で使用される部品と類似したＰ ｘカバー140 とダイヤフラム120 とＰ ｒカバー170 の各部品を含んでいる。しかしながら、従来技術のアセンブリ100 で使用されるＰ ｒ本体160 と電極130 の各部品とは異なって、アセンブリ200 は改良されたＰ ｒ本体260 と改良された電極230 を含んでいる。アセンブリ200 は従来使用されている弾性素子192 の必要性を除去する。
【００２２】
図６のａおよびｂは、それぞれ改良されたＰ ｒ本体260 の好ましい実施形態の平面図と斜視図を示している。図６のｃは図６のａで示されている線Ｂ−Ｂに沿ったＰ ｒ本体260 の断面図を示しており、図６のｄは図６のａで示されている線Ａ−Ａに沿ったＰ ｒ本体260 の断面図を示している。図６のａおよびｄで示されているように、Ｐ ｒ本体260 は外部管状ケースまたはシェル262 と、１以上のスポーク264 と、中心ハブ266 とを含んでいる。管状ケース262 は図６のｃおよびｄで示されているように中心軸261 に沿って延在する。ケース262 はＰ ｒ本体260 内に内部空洞または穴を規定する内部表面263 を含んでいる。好ましい実施形態では、スポーク264 は軸261 と実質上垂直方向で内部表面263 からケース262 の中心の方向へ延在する。別の実施形態では、スポーク264 は軸261 と垂直以外の方向で内部表面263 からケース262 の中心へ延在する。スポーク264 は中心ハブ266 を支持し、中心軸261 は中心ハブ266 と直交している。各スポーク264 の１端部はケース262 の内部表面263 と接触し、各スポーク264 の他方の端部は中心ハブ266 と接触しそれを支持する。以下さらに詳細に説明するように、Ｐ ｒ本体260 の１つの利点は、中心ハブ266 がケース262 に関して実質上静止または動かない傾向にあることである。
【００２３】
図４のａおよび図５を再度参照すると、ケース262 の上部表面は好ましくは段部を設けられ、Ｐ ｒカバー170 を支持するためのショルダ部267 を規定している。好ましい実施形態ではＰ ｒカバー170 は、Ｐ ｒカバー170 とケース262 の上部との間に気密密封を形成するためにショルダ部267 に溶接される。ケース262 はまた下部表面268 を規定する。好ましい実施形態では、ダイヤフラム120 は、ダイヤフラム120 とケース262 の下部との間に気密密封を形成するため下部表面268 に溶接される。Ｐ ｒカバー170 とＰ ｒ本体260 とダイヤフラム120 はそれによって協同して、内部の密封室112 （従来技術のアセンブリ100 のように、圧力管172 は室112 で所望の基準圧力を提供するために密封されることができる）を規定する。
【００２４】
Ｐ ｘ本体140 の上部表面は好ましくはダイヤフラム120 に固定（例えば溶接）され、それによってＰ ｘ本体140 とダイヤフラム120 は協同して、内部室110 （室112 に対してダイヤフラム120 の反対側）を規定する。図１および２は、Ｐ ｘカバー140 とＰ ｘ本体150 とダイヤフラム120 により形成された室110 を示しているが、アセンブリ200 はＰ ｘ本体150 の必要性を除去し、Ｐ ｘ本体150 のない室110 形成する。その他の実施形態では、アセンブリ200 はＰ ｘ本体150 を含むことができ、図１および２で示した方法と同一または類似の方法で室110 を形成することができる。しかしながら、アセンブリ200 の好ましい実施形態では、Ｐ ｘ本体150 は除去されている。図４のａで示されているＰ ｘカバー140 は図１で示されているＰ ｘカバー140 と類似するが、正確に同一ではないことを当業者は認識するであろう。特に、図４のａで示されているＰ ｘカバー140 の上部表面は（図１で示されているように平坦ではなく）勾配を付けられ、または傾斜されており、それによってダイヤフラム120 がＰ ｘカバー140 の上部表面の外周部分に固定（例えば溶接）されるとき、室110 がＰ ｘカバー140 とダイヤフラム120 との間に形成される。図１および図４のａで示されているＰ ｘカバー140 の相違および室110 が形成される方法の相違は、本発明にとって重要ではないことを当業者は認識するであろう。
【００２５】
中心ハブ266 は、好ましくは捩子205 その他の固定具を受けるように構成された（例えば捩子山を付けられた）中心孔265 （図４のｂで示されている）を備えている。捩子205 その他の固定具は電極230 をＰ ｒ本体260 の中心ハブ266 に固定して保持する。図７のａは中心ハブ266 に取付けられた電極230 の好ましい実施形態の断面図を示している。図７のｂは図７のａの線５Ｂ−５Ｂに沿った電極230 の平面図を示している。電極230 は、例えば円筒形またはディスク型の電気絶縁性の材料（好ましくはセラミック）の絶縁ブロック232 と、ブロック232 の下部表面234 上に一般的な方法で配置された導体235 （図７のｂで示されている）を含んでいる。この実施形態では、絶縁ブロック232 は中心ハブ266 の中心孔265 に一致するように構成された中心孔210 を規定する。図４のａおよび図５で示されているように、捩子205 はハブ266 と絶縁ブロック232 を一体に保持する。絶縁ブロック232 はまた好ましくは捩子205 の頭部が沈み込むように孔210 よりも広い孔210 に連続する凹部208 （図７のａで示されている）を規定する。捩子205 の任意の部分が電気導体234 とダイヤフラム120 との間の空間に入ることを防止するようにこのように捩子205 の皿穴を設けることが望ましい。別の実施形態では、リベットまたは接着剤が捩子205 の代わりに使用されてもよい。さらに別の実施形態では、捩子（またはボルト）205 の１端部は、孔265 を通って延在し、端部に捩子山を付けられたナット（図示せず）が使用され、捩子205 と協同してハブ266 と絶縁ブロック232 を一体に保持する。この実施形態では、中心孔265 は捩子山を付けられても、付けられなくてもよい。
【００２６】
（例えば捩子205 により）電極230 が中心ハブ266 に固定されるとき、絶縁体232 の下部表面234 はダイヤフラム120 （図４のａおよび図５で示されているように）に関して間隔を隔てて配置され、それによってダイヤフラム120 と導体235 （図７のｂで示されている）は１以上のキャパシタ240 を形成する。１以上のスペーサ206 が絶縁ブロック232 の頂部と中心ハブ266 の底部との間に配置されてもよく、導体235 とダイヤフラム120 との間の間隔を調節する。スペーサ206 は好ましくは捩子205 の通過を許容するため中心穴を有する“リングタイプ”の座金として構成される。好ましい実施形態では、スペーサ206 は０．００４乃至０．００７インチの間の厚さであり、ステンレス鋼から作られ、２以下の数のものが使用される。
【００２７】
導体235 は図７のｂで示されているように比較的薄いリングとして配置されてもよい。代わりに、１以上のその他のタイプの導体が絶縁ブロック232 の下部表面234 上に配置されてもよく、それによって各導体およびダイヤフラム120 により形成されるキャパシタ240 はダイヤフラム120 と導体との間の距離を示すことができる。
【００２８】
変換器アセンブリ200 の好ましい実施形態では、絶縁ブロック232 は絶縁ブロック232 の中心部分だけをハブ266 に固定することによって取付けられる。絶縁ブロック232 の外周縁部はＰ ｒ本体260 のケース262 から隔てられ接触しておらず、したがって（図４のａおよび図５で示されている）ギャップ209 がケース262 と絶縁ブロック232 との間に形成されている。これは、セラミック電極130 の外周全体がＰ ｒ本体（および弾性の構成素子192 ）により支持された従来技術の変換器アセンブリ100 と対照的である。以下さらに詳細に説明するように、これは電極230 の安定性を改良する。
【００２９】
スポーク264 、中心ハブ266 、電極230 は全て内部室112 中に配置されている。しかしながらこれらの部品はダイヤフラム120 とＰ ｒカバー170 との間の流体圧力の連通を妨害しない。前述したように、電極230 は中心ハブ266 に取付けられ、（図５で示されている）ギャップ209 がケース262 と電極230 との間に設けられている。ギャップ209 は流体が電極230 周辺に流れることを許容し、それによって従来技術の電極130 の穴132 （図３のｃで示されている）の必要性を除去する。電極230 はそれ故、従来技術の電極130 で構成されるよりもさらに簡単で廉価である。大きい穴が隣接スポーク間に存在するので（即ち、連続的な円形の平面シートではなくディスクリートな数のスポークが中心ハブ266 を支持するために使用され、中心ハブ266 の支持は室112 内の流体の流動を妨害しないので）、スポーク264 もまた室112 内の流体の流動を妨害しない。
【００３０】
変換器アセンブリ200 は電気的に導体235 に接続するための導電性のフィードスルー280 を含んでいる。フィードスルー280 の１端部282 は絶縁ブロック232 の上部表面と接触している。フィードスルー280 は（図４のｂで示されているような）スポーク間の空間と、Ｐ ｒカバー170 の穴を通って延在する。フィードスルー280 の他方の端部284 は変換器アセンブリ200 の外部にある。従来技術の変換器アセンブリ100 のように、フィードスルー280 が延在するＰ ｒカバー170 の穴は（例えばガラスプラグ185 により）密封され、チャンバ112 の圧力を維持し、フィードスルー280 をＰ ｒカバー170 から電気的に絶縁する。フィードスルー280 の下端部282 は（例えば端部282 から導体235 まで絶縁ブロック232 を貫通して、またはそのエッジの周辺を通って延在する電気メッキされた孔により）通常の方法で導体235 に電気的に接続されている。フィードスルー280 はキャパシタ240 の１つの電極板（即ち導体234 ）に電気的に接続され、Ｐ ｒ本体260 はキャパシタ240 の他方の電極板（即ちダイヤフラム120 ）へ電気的に接続される。フィードスルー280 は好ましくは電極230 に対する構造的な支持を与えずに電極230 と接触する。むしろ電極230 の構造的な支持はＰ ｒ本体260 の中心ハブ266 により与えられる。
【００３１】
前述したような、Ｐ ｒ本体260 の１つの利点は、中心ハブ266 がケース262 に関して実際に静止した動かない状態に維持されることが容易なことである。即ちスポーク264 は中心ハブ266 の安定な取付けを行う。中心ハブ266 が実際にケース262 に関して実際に静止または動かない状態であるので、電極230 はダイヤフラム120 の公称位置に関して実際に静止している状態である。アセンブリ200 はしたがって電極230 とダイヤフラム120 との間に実質上一定の公称距離を与える利点がある。
【００３２】
中心ハブ266 がケース262 に関して実際に静止状態である１つの理由はアセンブリ200 のばね力の除去または減少に関連する。前述したように、従来技術の変換器アセンブリ100 は、電極130 の位置を維持するため弾性素子192 の圧縮から生じるばね力を使用している。従来技術のアセンブリ100 の電極130 はそれ故、時間の経過と共に“クリープ”または経時的な移動を受ける。このような弾性素子ではなく、改良された変換器アセンブリ200 は中心ハブ266 の位置を固定するためスポーク264 を使用し、それによってハブ266 は安定な取付けプラットフォームを形成する。アセンブリ200 は電極230 を中心ハブ266 の安定な取付けプラットフォームに確実に保持するため、捩子205 （またはリベット、または接着剤、或いは溶接結合、またはその他のタイプの固定具）のような固定具を使用する。中心ハブ266 が安定で静止した特性であるために、電極230 は静止状態に保持される。
【００３３】
スポーク266 は固体の部材から形成されることが好ましい。公称状態（アセンブリ200 の公称上の動作温度）では、スポーク266 は引張りまたは圧縮力を受けないことが好ましい。従来技術のアセンブリ100 は（弾性素子192 の圧縮から生じる）比較的大量の蓄積されたまたは潜在的なエネルギを特徴としているのに対して、改良された変換器アセンブリ200 の蓄積されたエネルギ量はゼロまたは非常にゼロに近い。アセンブリ200 に蓄積されたエネルギがないまたはそれが非常に少ないことによって、中心ハブ266 と電極230 を含むアセンブリ200 の全ての構成素子を長時間にわたって静止した安定な状態に維持することができる。
【００３４】
中心ハブ266 はアセンブリ200 の公称動作状態中に静止状態であるが、幾つかの実施形態では、アセンブリ200 が機械的または熱的衝撃または応力を受けたときハブ266 はいくらかの移動を受ける可能性がある。例えばアセンブリ200 の加熱または冷却はスポーク264 の熱膨張または収縮を生じる。このような熱膨張または収縮は、各スポークに圧縮または引張り応力を与え、スポーク264 の圧縮または張力は中心ハブ266 にいくらかの変位を生じさせる可能性がある。図８のａは、全て公称動作位置にあるケーシング262 、スポーク264 、中心ハブ266 を示したＰ ｒ本体260 の側断面図を示している。図８のｂは熱を加えた後の図８のａで示されているＰ ｒ本体260 の側断面図を示している。熱はスポーク264 の熱膨張を生じ、これは中心ハブ266 の上方向の変位（またはそり）を生じさせる。
【００３５】
熱的または機械的衝撃または応力により生じるこのような変位を減少するために、アセンブリ200 の好ましい実施形態では、スポーク264 は長手方向に垂直な凹型（reentrant ）溝269 を含んでいる。図６のａ、ｂ、ｄで示されている実施形態では、各スポーク264 は２つの凹型溝269 を含んでいる。図４のｂでは、スポーク264 の１つが２つの凹型溝を含むように示されている。図の便宜性で、図４のｂのスポーク264 のうち２つは凹型溝を含んだ状態が示されているが、当業者は各これらのスポークのそれぞれが凹型溝を含んでいることが好ましいことを認識するであろう。凹型溝269 は、スポーク264 が圧縮または引張り力を受けるときでさえもスポーク264 が中心ハブ266 の安定な位置を維持することを許容する。即ち、凹型溝269 はスポーク264 が圧縮または引張りに露出されているとき各スポーク264 が変形することを許容する。各スポーク264 には一致したまたは相補的な凹型溝269 （即ち１つのスポークの凹型溝は別のスポークの凹型溝と一致する）が設けられることが好ましい。全てのスポーク264 に相補的な凹型溝269 が設けられるので、１つのスポークの変形は他のスポーク264 により受けた変形に整合し、または補足する。全てのスポーク264 により受ける相補的な変形は、熱的または機械的衝撃または応力が存在しても、中心ハブ266 を公称上の動作位置で安定状態にさせる。
【００３６】
図６のａ、ｂ、ｄで示されている実施形態では、各スポーク264 には２つの相補的な方形凹型溝が設けられている。当業者は、その他の実施形態で、他のタイプの凹型溝が使用されてもよいことを認識するであろう。例えば凹型溝の形状は臨界的ではなく、方形ではなく、例えば半円または三角形のその他の形態にすることもできる。さらに、１つのスポークに対して２つの凹型溝ではなく、その他の数の溝が設けられてもよい。好ましい実施形態では、各スポークは少なくとも２つの凹型溝を含んでいる。当業者は本発明で使用されることのできる凹型溝のその他のパターンを計算するために有限の数の構成素子の解析が使用されてもよいことを認識するであろう。
【００３７】
図６のａ乃至６のｄで示されているＰ ｒ本体260 の好ましい実施形態は３つのスポーク264 を含んでいる。各スポークは直線であり、Ｐ ｒ本体260 の中心軸261 に実際に垂直方向で延在する。しかしながら、その他のスポークパターンが本発明で使用されてもよいことを当業者は認識するであろう。図９のａ、ｂ、ｃ、ｄはスポーク264 の別の構造を示している。図９のａは各スポークが直線ではなく変曲している３つのスポーク構造を示している。図９のｂ、ｃ、ｄは４個、２個、１個のスポーク構造を示している。Ｐ ｒ本体260 は２以上のスポークを含むことが好ましいが、１つのスポークの実施形態（その１例が図９のｄに示されている）も本発明の技術的範囲内である。図９のａ、ｂ、ｃに示されている全ての構造において、各スポークには凹型溝（図示せず）が設けられることが好ましい。
【００３８】
熱的または機械的衝撃または応力が存在する場合に改良された安定性を与えることに加えて、Ｐ ｒ本体260 のスポーク設計はまた過剰な圧力が存在する状態においても安定性を改善する。例えば、図４乃至５を参照すると、過剰な圧力状態はダイヤフラム120 を電極230 へ接触させ、これを変位させることができる。スポーク264 は上方向に屈曲され、電極230 のこのような変位を許容する。しかしながら、過剰な圧力状態が消滅したとき、スポーク264 はもとの本来の動作位置に戻り、それによって電極230 をその所望の公称上の動作位置に戻す。凹型溝を具備してまたはこれを具備せずに、Ｐ ｒ本体260 のスポーク設計は過剰な圧力状態が存在する場合に改良された性能を与える。一方、従来技術のアセンブリ100 の弾性素子192 は過剰な圧力状態の後に電極130 を別の位置に位置させ（またはシフト）させる可能性があるが、本発明によるＰ ｒ本体260 のスポーク264 は過剰な圧力状態後にもとの本来の所望の公称上の動作位置に電極230 を常に戻すことができる。
【００３９】
（ケース262 、スポーク264 、中心ハブ266 を含む）Ｐ ｒ本体260 は好ましくは集積された（即ち単一構造体）金属構造物である。Ｐ ｒ本体を製造する好ましい方法は押出しによる方法である。集積された構造が好ましいが、当業者はＰ ｒ本体260 が別々の部分から形成されてもよいことを認識するであろう。
【００４０】
好ましい実施形態では、Ｐ ｒカバー140 、Ｐ ｒ本体260 、Ｐ ｒカバー170 、ハブ266 、スポーク264 、スペーサ206 は全て同一の金属（例えばインコネル（商標名）、ニッケル、鉄、クロム合金）から製造される。絶縁ブロック232 はアルミナ、またはフォステリット（即ちケイ酸マグネシウム）から製造されることが好ましい。
【００４１】
ここで説明した本発明の技術的範囲から逸脱せずに、前述の装置に変更を行ってもよいので、前述の説明に含まれるまたは添付図面で示された全ての事柄は限定ではなく例示の意味で解釈されるべきである。例えば、環状の導体が図示されているが、導体の種々の形状および数がダイヤフラムと共にキャパシタを形成するために電極に配置されてもよいことを当業者は認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術の変換器アセンブリの部分的な側断面図。
【図２】 図１で示されたアセンブリの分解側断面図。
【図３】 図１および図２で示されているＰ ｘ本体とＰ ｒ本体の平面図と、電極の底面図。
【図４】 本発明により構成された容量型圧力変換器アセンブリの部分的な側断面図と、そのアセンブリを部分的に破断して示した平面図。
【図５】 本発明にしたがって構成された容量型圧力変換器の側断面図。
【図６】 図４および図５に示されているアセンブリで使用されるそれぞれ改良されたＰ ｒ本体の好ましい実施形態の平面図と斜視図と、それらの図面のそれぞれ線４Ｃ−４Ｃと線４Ｄ−４Ｄに沿ったＰ ｒ本体の断面図。
【図７】 図４で示されている電極の好ましい実施形態のそれぞれ断面図と底面図。
【図８】 公称上の動作位置におけるスポークが凹型溝を含んでいないＰ ｒ本体の側断面図と、熱を加えた後のその側断面図に示されているＰ ｒ本体の側断面図。
【図９】 本発明にしたがって構成されたＰ ｒ本体の別の実施形態の平面図。

Claims (12)

1. 内部表面を有するケースと、それぞれの第１の端部が前記ケースの内部表面と接触し、第２の端部がハブと接触している１以上のスポークと、ハブとを含んでいる第１の本体と、
   第２の本体と、
   前記第１の本体と前記第２の本体との間に配置されてそれらに溶接されているダイヤフラムとを具備し、
   前記第１の本体と前記ダイヤフラムは第１の室を規定し、前記第２の本体と前記ダイヤフラムは第２の室を規定しており、
   さらに、前記第１の室中に前記ダイヤフラムと対向して配置され、前記ハブに固定されている電極を具備し、
   前記ダイヤフラムの一部分は前記第２の室の圧力よりも高い前記第１の室の圧力に応答して第１の方向に湾曲し、前記ダイヤフラムの前記部分は前記第１の室の前記圧力よりも高い前記第２の室の前記圧力に応答して前記第１の方向と反対の第２の方向に湾曲するように構成されており、
   前記電極と前記ダイヤフラム間のキャパシタンスは前記第１の室と第２の室の前記圧力間の差を表している圧力変換器アセンブリ。
2. 前記スポークは凹型溝を有している請求項１記載のアセンブリ。
3. 前記ケース、前記スポーク、前記ハブは集積された構造である請求項１記載のアセンブリ。
4. 前記電極は、電気絶縁性の部材と、前記電気絶縁性の部材上に配置されている導体とによって構成されている請求項１記載のアセンブリ。
5. 前記電極と前記ハブの間に配置されているスペーサをさらに具備している請求項１記載のアセンブリ。
6. （Ａ）内部表面を有するケースと、それぞれ第１の端部が前記ケースの内部表面と接触し、第２の端部がハブと接触している１以上のスポークと、ハブとを含んでいる第１の本体と、
   （Ｂ）第２の本体と、
   （Ｃ）前記第１の本体と前記第２の本体との間に配置されてそれらに溶接されているダイヤフラムと、
   （Ｄ）前記第１の室中に配置されている絶縁体と、
   （Ｅ）前記絶縁体を前記ハブに固定する固定具と、
   （Ｆ）前記絶縁体上に配置された導体とを具備し、
   前記第１の本体と前記ダイヤフラムは第１の室を規定し、前記第２の本体と前記ダイヤフラムは第２の室を規定し、前記ダイヤフラムの一部は前記第２の室の圧力よりも高い前記第１の室の圧力に応答して第１の方向に湾曲し、前記ダイヤフラムの前記部分は前記第１の室の前記圧力よりも高い前記第２の室の前記圧力に応答して前記第１の方向と反対の第２の方向に湾曲するように構成されており、
   前記絶縁体上に配置された導体と前記ダイヤフラムは、前記第１および第２の室の前記圧力の差を表すキャパシタンスを構成していることを特徴としている圧力変換器アセンブリ。
7. 前記固定具は捩子を具備している請求項６記載のアセンブリ。
8. 前記固定具はリベットを具備している請求項６記載のアセンブリ。
9. 前記固定具は接着剤を含んでいる請求項６記載のアセンブリ。
10. 前記ハブと前記固定具は金属である請求項６記載のアセンブリ。
11. 前記固定具は前記ハブに溶接されている請求項１０記載のアセンブリ。
12. （Ａ）内部表面を有し、内部空洞を規定する本体と、
    （Ｂ）前記本体に溶接され、前記内部空洞を第１の室と第２の室に分離するダイヤフラムであって、前記ダイヤフラムの一部は、前記第２の室の圧力よりも高い前記第１の室の圧力に応答して第１の方向に湾曲し、前記ダイヤフラムの前記部分は前記第１の室の前記圧力よりも高い前記第２の室の前記圧力に応答して前記第１の方向と反対の第２の方向に湾曲するように構成されているダイヤフラムと、
    （Ｃ）前記第１の室中に配置されたハブと、
    （Ｄ）前記第１の室中に配置され、それぞれ第１の端部が前記本体の内部表面と接触し、第２の端部がハブと接触している１以上のスポークと、
    （Ｄ）前記第１の室中に配置され、前記ハブに固定された電極とを具備し、
    前記電極と前記ダイヤフラム間のキャパシタンスは前記第１の室と第２の室の前記圧力間の差を表している圧力変換器アセンブリ。

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