JP4264672B2 - 改良された電極支持体を備える容量型圧力変換器 - Google Patents

Description

関連出願の参照
本発明は、本発明の発明者が発明して、本発明の譲受人に譲渡された、「圧力センサ（Pressure sensor）」という名称の同時出願係属中の米国特許出願第08／748,820号に開示された主題に関するものである。
発明の背景
本発明は、容量型圧力変換器に関する。より具体的には、本発明は、容量型圧力変換器と共に使用する改良された電極支持体に関する。
図１Ａには、従来技術の組み立てた容量型圧力変換器組立体１００の一部断面図とした側面図が図示されている。図１Ｂには、変換器組立体１００の分解断面側面図が図示されている。図面の便宜上、図１Ａ、図１Ｂ、及び本明細書の他の図面は、正確な縮尺で描いたものではない。米国特許第4,823,603号には、一般的な形態の変換器組立体１００の容量型圧力変換器組立体が開示されている。また、米国特許第5,020,377号、及び同第4,785,669号には、当該開示に関連する容量型圧力変換器も開示されている。
簡単にいって、変換器組立体１００は、第一の密封した内側チャンバ１１０と、第二の密封した内側チャンバ１１２とを画定する本体を有している。これらのチャンバ１１０、１１２は、比較的薄い可撓性で且つ導電性のダイヤフラム１２０で互いに隔離されている。以下により詳細に説明するように、チャンバ１１０、１１２内の圧力差に応答してダイヤフラムが撓み、又は曲がるようにダイヤフラム１２０は取り付けられている。変換器組立体１００は、ダイヤフラムの撓み程度を表示するパラメータを提供し、このため、このパラメータは、圧力差を間接的に表示する。圧力差を表示する、変換器組立体により提供されたパラメータは、ダイヤフラム１２０と電極１３０との間の電気容量である。
変換器組立体１００は、Ｐ＿ｘカバー１４０と、Ｐ＿ｘ本体１５０とを備えている（以下に説明するように、「Ｐ＿ｘ」という語は、未知の圧力を意味する）。図２Ａには、Ｐ＿ｘ本体１５０の平面図が図示されている。Ｐ＿ｘ本体１５０は、管状の形状をしており、中央の内側穴１５２（図２Ａに図示し且つ図１Ｂに線１５３で表示）を有している。Ｐ＿ｘ本体１５０の上面は、段が付けられており、穴１５２の外周の周りを伸長する肩部１５４を提供する。また、Ｐ＿ｘ本体１５０は、下面１５６も有している。Ｐ＿ｘカバー１４０は、円形の金属薄板であり、また、中央穴１４４を画定する圧力管１４２が設けられている。Ｐ＿ｘカバー１４０は、Ｐ＿ｘ本体１５０の下面１５６に堅固に付着させてある（例えば、溶接により）。ダイヤフラム１２０は、通常、導電性材料（例えば、ステンレス鋼）で出来た、薄く円形で可撓性の薄板である。上述したように、図１Ａ及び図１Ｂは、正確な縮尺で描いたものではなく、ダイヤフラム１２０は、通常、変換器組立体１００のその他の構成要素と比較して、図示したものよりも遥かにより薄い。ダイヤフラム１２０は、図１Ａに図示するように、Ｐ＿ｘ本体１５０の肩部１５４に接触する。ダイヤフラム１２０の外周は、該ダイヤフラム１２０の外周をＰ＿ｘ本体１５０の肩部１５４に対して堅固に保持するため、通常、Ｐ＿ｘ本体１５０に溶接されている。
Ｐ＿ｘカバー１４０、Ｐ＿ｘ本体１５０、及びダイヤフラム１２０は、協働して内側の密封チャンバ１１０を画定する。Ｐ＿ｘカバー１４０は、底部を画定し、Ｐ＿ｘ本体１５０は、側壁を画定し、ダイヤフラム１２０は、チャンバ１１０の頂部を画定する。管１４２内の流体は、穴１４４、及び中央穴１５２（図２Ａに示すように）を通って流れ、チャンバ１１０に入る。このため、管１４２内の流体は、ダイヤフラム１２０の下面と流体的に連通している。
変換器組立体１００は、また、Ｐ＿ｒ本体１６０と、Ｐ＿ｒカバー１７０とをも備えている（以下に説明するように、「Ｐ＿ｒ」という語は、基準圧力を意味する）。図２Ｂには、Ｐ＿ｒ本体１６０の平面図が図示されている。Ｐ＿ｒ本体１６０は、管状の形状をしており、中央穴１６２（図２Ｂに図示し且つ図１Ｂに線２６３で表示）を画定する。Ｐ＿ｒ本体１６０の上面は、段が付けられており、下側肩部１６４と、上側肩部１６６とを提供する。下側肩部１６４は、穴１６２の周りを伸長し、上側肩部１６６は、下側肩部１６４の外周の周りを伸長する。また、Ｐ＿ｒ本体１６０は、肩部１６４、１６６と反対側の下面１６８を有している。Ｐ＿ｒ本体１６０の下面１６８は、ダイヤフラム１２０の外周の上面に堅固に付着させてある（例えば、溶接により）。Ｐ＿ｒカバー１７０は、円形の金属薄板であり、該Ｐ＿ｒカバーには、中央穴１７４を画定する圧力管１７２が設けられている。Ｐ＿ｒカバー１７０は、Ｐ＿ｒ本体１６０に堅固に付着させてあり（例えば、溶接により）、このため、Ｐ＿ｒカバー１７０の外周は、Ｐ＿ｒ本体１６０の上側肩部１６６と接触している。
Ｐ＿ｒカバー１７０、Ｐ＿ｒ本体１６０及びダイヤフラム１２０は、協働して内側の密封チャンバ１１２を画定する。ダイヤフラム１２０は底部を画定し、Ｐ＿ｒ本体１６０は側壁を画定し、Ｐ＿ｒカバー１７０はチャンバ１１２の頂部を画定する。管１７２内の流体は穴１７４及び中央穴１６２を通って流れ（図２Ｂに図示）、チャンバ１１２に入る。従って、管１７２内の流体は、ダイヤフラム１２０の上面と流体的に連通している。以下に説明するように、電極１３０は、チャンバ１１２内に収容されており、従って、チャンバ１１２内の流体の流れを妨害することはない。
電極１３０は、通常、非導電性（又は絶縁性）のセラミックブロックで製造されており、円筒状の形状をしている。図２Ｃには、電極１３０の底面図が図示されている。電極１３０の下面には段が付けられており、該下面は、中央面１３５と、中央面１３５の外周の周りを伸長する肩部１３６とを有している。また、電極１３０は、穴１３２（図２Ｃに図示し且つ図１Ｂに線１３３で図示）も画定する。電極１３０は、中央面１３５に蒸着した（例えば、電気めっきにより）比較的薄い導体１３４を更に備えている。導体１３４は、図１Ｂ、図２Ｃに明確に図示されており、また、図面の便宜上、導体１３４は図１Ａには図示していない。電極１３０は、図１Ａに図示するように、Ｐ＿ｒカバー１７０とＰ＿ｒ本体１６０の下側肩部１６４との間に締め付けられている。電極１３０の穴１３２（図２Ｃに図示）は、流体がダイヤフラム１２０の上面と圧力管１７２との間にて、電極１３０を通って自由に流れるのを許容する。電極１３０をＰ＿ｒ本体１６０に締め付けると、導体１３４は、ダイヤフラム１２０に対し隔たった状態に保持される電極１３０は、通常、導体１３４とダイヤフラム１２０との間の空隙が比較的小さい（例えば、0.0002ｍ程度）ように配置されている。
導体１３４及びダイヤフラム１２０は、コンデンサ１３８の並列板を形成する。周知であるように、Ｃ＝Ａｅ／ｄであり、この場合、Ｃは２つの並列板の間の容量、Ａは板の間の共通の領域、ｅは板の間の材料に基づく定数（真空の場合、ｅ＝１）、ｄは板の間の距離である。このように、コンデンサ１３８により提供される容量は、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が、チャンバ１１０、１１２の間の圧力差の変化に応答して、上下に撓むと、コンデンサ１３８により提供される容量もまた変化する。任意の時点にて、コンデンサ１３８により提供される容量は、チャンバ１１０、１１２の間の瞬間的な圧力差を表示する。公知の電気回路（例えば、コンデンサ１３８により提供される容量の関数である共鳴周波数を特徴とする「タンク」回路）を使用して、コンデンサ１３８により提供される容量を測定すると共に、圧力差を表示する電気信号を提供することができる。
変換器組立体１００は、コンデンサ１３８により提供された容量を測定するこことを可能にする導電性のフィードスルー１８０を備えている。フィードスルー１８０の一端１８２は、電極１３０に接触する。フィードスルー１８０は、Ｐ＿ｒカバー１７０の穴を貫通して伸長し、このため、フィードスルー１８０の他端１８４は変換器組立体１００の外側となる。フィードスルー１８０が伸長して通るＰ＿ｒカバー１７０の穴は、例えば、溶融ガラス栓１８５により密封されて、チャンバ１１２内に圧力を保つと共に、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。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、電気めっきを施した貫通穴（図示せず）を有しており、導体１３４（電極１３０の底面に設けられている）と電極１３０の上面に接触するフィードスルー１８０の端部１８２との間の電気的接続を許容する。従って、フィードスルー１８０は、コンデンサ１３８の１つの板（すなわち導体１３４）に対する電気的接続部を提供する。ダイヤフラム１２０は、Ｐ＿ｒ本体１６０に溶接されているため、Ｐ＿ｒ本体１６０は、コンデンサ１３８の他の板（すなわち、ダイヤフラム１２０）への電気的接続部を提供する。従って、コンデンサ１３８により提供される容量は、Ｐ＿ｒ本体１６０とフィードスルー１８０の端部１８４との間の測定回路（図示せず）を電気的に接続することにより測定することができる。実際には、変換器組立体１００の本体は、通常、接地されているため、コンデンサ１３８により提供された容量は、測定回路をフィードスルー１８０の端部１８４に電気的に接続するだけで簡単に測定することができる。
導体１３４は、通常、電極１３０の下面に円形の「リング状」の形態にて配置されている（図２Ｃに図示するように）。更に、幾つかの従来技術の圧力変換器は、電極１３０に配置された１つ以上の導体と、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とを有している。かかる変換器は、少なくとも２つのコンデンサ、すなわち、ダイヤフラム１２０及び電極１３０における１つの導体により形成された第一のコンデンサと、ダイヤフラム１２０及び電極１３０における別の導体により形成された第二のコンデンサとを提供する。公知であるように、このようにして、多数のコンデンサを提供して、変換器に対する温度補償を有利に行い得るようにすることができる。
作動時、変換器組立体１００は、通常、絶対圧力変換器として使用される。この形態において、チャンバ１１２は、通常、最初に、真空ポンプ（図示せず）を作用させることで圧力管１７２に排気される。チャンバ１１２が排気されたならば、管１７２を密封し、又は、「締め付けて」チャンバ１１２内に真空を維持する。このことは、チャンバ１１２内で「基準」圧力を形成する。真空は便宜な基準圧力ではあるが、その他の圧力を基準圧力として使用することも公知である。チャンバ１１２内の圧力は、既知、すなわち、基準圧力であるため、チャンバ１１２を構成するために使用した構成要素（すなわち、Ｐ＿ｒ本体１６０、Ｐ＿ｒカバー１７０）は、Ｐ＿ｒ構成要素（すなわち、「基準圧力」の構成要素）と称される。チャンバ１１２内で基準圧力が設定された後、圧力管１４２を流体源（図示せず）に接続し、該流体の圧力を測定することを可能にする。このようにして、圧力管１４２を接続すると、その圧力を測定すべき流体はチャンバ１１０に（従って、ダイヤフラム１２０の下面に）供給される。チャンバ１１０内の圧力は未知であるため、すなわち測定すべきであるため、チャンバ１１０の構成に使用される構成要素（すなわち、Ｐ＿ｘカバー１４０及びＰ＿ｘ本体１５０）は、Ｐ＿ｘ構成要素、（すなわち、「圧力未知の構成要素」）と称される。ダイヤフラム１２０の中心は、チャンバ１１０、１１２の間の圧力差に応答して上方又は下方に撓む。変換器組立体１００は、ダイヤフラムの撓み程度を測定することを可能にし、これにより、チャンバ１１２内の既知の圧力に対してチャンバ１１０内の圧力を測定することを可能にする。
変換器組立体１００は、勿論、差圧変換器として使用することも可能である。この形態において、圧力管１４２は、第一の流体源（図示せず）に接続され、圧力管１７２は第二の流体源（図示せず）に接続される。この場合、変換器組立体１００は、２つの流体間の圧力差を測定することを可能にする。
変換器組立体１００に伴なう１つの問題点は、導体１３４とダイヤフラム１２０との間の間隔に関係する。変換器組立体１００が作動するとき、ダイヤフラム１２０は、勿論、上下に撓み、これにより、ダイヤフラム１２０と導体１３４との間の間隔を変化させる。しかしながら、変換器組立体１００が常時、正確な圧力値を提供するためには、ダイヤフラム１２０と導体１３４との間の間隔を一定の公称間隔とすることが重要である。従って、特別な圧力差の場合、ダイヤフラム１２０と導体１３４との間の距離が常に等しいことを確実にすることが重要である。チャンバ１１０、１１２との間の特別な圧力差の場合、ダイヤフラム１２０と導体１３４との間の距離は、「公称距離」と称することができる。多数の変換器組立体１００を製造するとき、導体１３４とダイヤフラム１２０との間に同一の公称距離を常時、提供することが重要である。更に、変換器組立体１００の任意のユニットにおいて、この公称距離は、一定であり、時間と共に変化しないことを確実にすることが重要である。
従来技術の変換器組立体１００は、一定の公称距離を維持する弾性的要素１９２を有している。弾性的要素１９２は、Ｐ＿ｒカバー１７０と電極１３０の頂部との間にて締め付けられている。Ｐ＿ｒ本体１６０の下側肩部１６４は、電極１３０の肩部１３６を支持する。Ｐ＿ｒカバー１７０はＰ＿ｒ本体１６０に溶接されているため、弾性的要素１９２は、電極１３０に対して押し付け、電極１３０をＰ＿ｒ本体１６０に対する一定の位置に保持するばね力を提供する。弾性的要素１９２は、「波形座金」（すなわち、リングの面に対して垂直な方向に向けて一箇所以上にて曲げられた金属Ｏリング型）を使用して具体化されることがしばしばである。弾性的要素１９２は、比較的大きいばね力（例えば、45.4ｋｇ（100ポンド）程度）を提供し、電極１３０を安定的な位置に保持する。
変換器組立体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、機械的又は熱的衝撃に応答して時間と共に極く僅かな程度だけ変化する可能性がある。当業者が理解し得るように、圧縮力により所定位置に保持された、例えば、電極１３０のような要素は、時間と共に僅かな程度の動き（「クリープ」と称される場合がある）を呈する可能性がある。このクリープは公称距離を変化させ、これにより、変換器組立体１００の精度に悪影響を与える場合がある。また、過剰圧力状態は、電極１３０の望ましくない動きを生じさせる可能性もある。変換器組立体１００の通常の作動中、ダイヤフラム１２０は、電極１３０に決して接触しない。しかしながら、変換器組立体１００の通常の作動範囲を超えるチャンバ１１０内の高圧力（すなわち、過剰圧力）は、ダイヤフラム１２０を電極１３０に接触させ、弾性的要素１９２を僅かに圧縮する可能性がある。過剰圧力状態が解消し、ダイヤフラム１２０が通常の作動位置に復帰するとき、弾性的要素１９２は再度膨張し、電極１３０を再度着座させる。電極１３０の新たな位置は、過剰圧力状態前の最初の位置と僅かに相違することがある。かかる位置の変化は、公称距離を変化させ、変換器組立体１００の精度に悪影響を与える可能性がある。
このため、本発明の１つの目的は、電極の取付け状態が改良された圧力変換器組立体を提供することである。
発明の概要
本発明は、圧力変換器内への電極の取付けを改良するものである。この取付けは、電極に対する安定性を改良する。
１つの形態において、本発明は、改良された圧力変換器組立体を提供する。該組立体は、本体と、ダイヤフラムと、板と、絶縁体と、導体とを備えている。該本体は内部キャビティを画定する。該ダイヤフラムは、本体内に取り付けられ、内部キャビティを第一のチャンバと第二のチャンバとに分割する。ダイヤフラムの一部分は、第一のチャンバ内の圧力が第二のチャンバ内の圧力よりも高圧であることに応答して第一の方向に撓み、ダイヤフラムの該部分は、第二のチャンバ内の圧力が第一のチャンバ内の圧力よりも高圧であることに応答して、第一の方向と反対の第二の方向に撓む。板は第一及び第二のチャンバの一方内で本体に固定されている（例えば、溶接又はねじにより）。絶縁体は該チャンバ内に配置され且つ板に固定されている。導体は、絶縁体の上に配置されている。ダイヤフラム及び導体はある容量であることを特徴としている。この容量は、第一及び第二のチャンバの圧力差を表示する。
別の形態において、本発明は、本体と、ダイヤフラムと、導体と、弾性的要素とを有する変換器組立体を提供する。該弾性的要素は、本体内に配置され、導体をダイヤフラムから離れるように偏倚させる力を提供する。
本発明の更に別の目的及び有利な点は、本発明の最良の形態の単に一例として、幾つかの実施の形態を図示し且つ記述した以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになるであろう。理解されるように、本発明は、他の異なる実施の形態が可能であり、その幾つかの詳細は、全て本発明から逸脱せずに、色々な形態にて改変が可能である。従って、図面及び説明は、性質上、一例としてみなし、制限的又は限定的な意味ではなく、本出願の範囲は請求の範囲に記載されているとみなすべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明の性質及び目的をより完全に理解するため、同一又は同様の部品を表示すべく同一の参照番号が使用される、添付図面と共に、以下の詳細な説明を参照すべきである。添付図面において、
図１Ａは、従来技術の組み立てた変換器組立体の一部断面側面図である。
図１Ｂは、図１Ａに図示した組立体の分解断面側面図である。
図２Ａは、図１Ａ及び図１Ｂに図示したＰ＿ｘ本体の平面図である。
図２Ｂは、図１Ａ及び図１Ｂに図示したＰ＿ｒ本体の平面図である。
図２Ｃは、図１Ａ及び図１Ｂに図示した電極の底面図である。
図３Ａは、本発明による構造とされた容量型圧力変換器組立体の部分断面側面図である。
図３Ｂは、図３Ａに図示した組立体の分解断面側面図である。
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、図３Ａ及び図３Ｂに図示した電極の１つの好適な実施の形態の断面側面図及び底面図である。
図５は、本発明による構造とされた別の圧力変換器組立体の分解断面側面図である。
図６は、図５に図示したＰ＿ｒカバーの底面図である。
図７は、本発明による構造とされた更に別の圧力変換器の分解断面側面図である。
図８は、本発明による構造とされた更に別の圧力変換器組立体の分解断面側面図である。
好適な実施の形態の詳細な説明
図３Ａには、本発明による構造とされた、組み立てた変換器組立体２００の部分断面図が示してある。図３Ｂには、変換器組立体２００の分解断面側面図が示してある。好適な実施の形態において、変換器組立体２００の構成に使用される多くの構成要素は、従来技術の変換器組立体１００に使用される構成要素と同一又は同様である。より具体的には、変換器組立体２００は、Ｐ＿ｘカバー１４０と、Ｐ＿ｘ本体１５０と、ダイヤフラム１２０と、Ｐ＿ｒ本体１６０と、従来技術の変換器組立体１００に使用されたＰ＿ｒカバー１７０の構成要素とを備えている。しかしながら、圧力変換器２００は、電極１３０ではなくて、改良された電極２３０を備えている。更に、変換器組立体２００は、弾性的要素１９２を不要にし、また好ましくは、該弾性的要素１９２を備えないようにする。
従来技術の変換器組立体１００と同様に、Ｐ＿ｘカバー１４０、Ｐ＿ｘ本体１５０、ダイヤフラム１２０は、相互に接続されて、ダイヤフラムの一側部に密封した内側チャンバ１１０を形成する。また従来技術の変換器組立体１００の場合と同様に、ダイヤフラム１２０、Ｐ＿ｒ本体１６０、Ｐ＿ｒカバー１７０は、共に接続されて、ダイヤフラムの反対側に密封した内側チャンバ１１２を形成する。
電極２３０は、金属板２３２と、スペーサ２３４と、セラミック（又はその他の絶縁性形態の）板２３６とを備えている。スペーサ２３４は、金属板２３２とセラミック板２３６との間に配置されている。ねじ、リベット又は接着剤のような締結具（図示せず）が金属板２３２、スペーサ２３４及びセラミック板２３６を共に強固に保持する。幾つかの実施の形態において、スペーサ２３４は、金属板２３２の一体の部分として形成され、他の実施の形態において、スペーサ２３４は、分離し且つ別個の構成要素として提供される。金属板２３２及びＰ＿ｒ本体１６０は、例えば、溶接により共に堅固に固定され、このため、金属板２３２の外周が肩部１６４に接触する。セラミック板２３６の下面には、従来の形態にて、電気的導体２３８（図３Ｂには図示するが、図３Ａには図示せず）が設けられている。金属板２３２を肩部１６４に固定すると、導体２３８は、ダイヤフラム１２０に対して隔たった関係に強固に配置される。導体２３８及びダイヤフラム１２０は１つのコンデンサ２４０を形成する。導体２３８とダイヤフラム１２０との間の公称距離は、例えば、所望の厚さのスペーサ２３４を選択することにより、制御可能である。
変換器組立体２００は、導体２３８に電気的に接続する導電性のフィードスルー２８０を有している。フィードスルー２８０の一端２８２は、セラミック板２３６の上面に接触する。フィードスルー２８０は、金属板２３２及びＰ＿ｒカバー１７０の穴を貫通して伸長し、フィードスルー２８０の他端２８４は、変換器組立体２００の外側になる。従来技術の変換器組立体１００と同様に、フィードスルー２８０が伸長して通るＰ＿ｒカバー１７０の穴は、密封され（例えば、ガラス栓１８５により）チャンバ１１２内に圧力を保つと共に、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。金属板２３２は、フィードスルー２８０が伸長して通る、図３Ｂに線２３３で図示した１つの穴を画定する。この穴は、フィードスルー２８０よりも大きく、フィードスルー２８０が金属板２３２に接触しないようにすることが好ましい。このことは、フィードスルー２８０を金属板２３２から電気的に絶縁し、また、板２３２の両側部の圧力を等しくし、管１７２内の圧力がダイヤフラム１２０の上面に連通されることを確実にする。フィードスルー２８０の下端２８２は、導体２３８に電気的に接続されている。フィードスルー２８０は、コンデンサ２４０の１つの板（すなわち、導体２３８）に電気的に接続され、Ｐ＿ｒ本体１６０は、コンデンサ２４０の他の板（すなわち、ダイヤフラム１２０）に電気的に接続されている。
好適な実施の形態において、フィードスルー２８０は、セラミック板２３６を構造的に支持しない。その代わり、板２３６は、Ｐ＿ｒ本体１６０に堅固に固定された金属板２３２に接続されることで支持されている。図５、図７、図８により明確に図示するように、電気的フィードスルーは、導電性ピンと、導電性コイルばねとを備えることができる。該ピンは、Ｐ＿ｒカバーに堅固に固定され、コイルばねはピンからセラミック電極まで伸長している。ばねは、セラミック電極に配置された導体に電気的に接続するが、このばねは電極に対して構造的支持体を提供しない。
従来技術の電極１３０（図１Ａ、図１Ｂに図示）と異なり、変換器組立体２００の電極２３０は、弾性的要素を圧縮することにより発生されたばね力により所定位置に保持されていない。これと異なり、電極２３０の金属板２３２は、Ｐ＿ｒ本体１６０に堅固に固定されている（例えば、溶接又はねじにより）。１つの締結具が電極２３０のセラミック板２３０のセラミック板２３６（及び導体２３８）をスペーサ２３４を介して金属板２３２に堅固に保持する。このことは、電極２３０が時間と共に移動しすなわちクリープする傾向を実質的に軽減し、これにより、変換器組立体２００の性能を向上させる。機械的及び熱的衝撃並びに過剰圧力状態に応答する電極２３０の安定性が向上する。金属板２３２は、Ｐ＿ｒ本体１６０に堅固に固定されているため、過剰圧力状態は、電極２３０を何ら顕著に動かす傾向とはならない。
変換器組立体２００の好適な実施の形態において、セラミック板２３６は、セラミック板２３６の中央部分のみを金属板２３２に固定することにより取り付けられる。セラミック板２３６の外周は、Ｐ＿ｒ本体１６０から隔てられており且つ該Ｐ＿ｒ本体１６０に接触していない。このことは、セラミック電極１３０の外周の全体がＰ＿ｒ本体（及び弾性的要素１９２）により支持された従来技術の変換器組立体１００と相違する。このことは、電極２３０の安定性を向上させる。
また、変換器組立体２００は、従来技術の変換器組立体１００よりも製造がより簡単でもある。従来技術の変換器組立体１００を製造するとき、電極１３０の段又は肩部１３６は正確に機械加工しなければならない。変換器組立体２００にてこの肩部は不要となり、これにより、臨界的な機能部分の許容公差を軽減する。
電極２３０は、従来技術の変換器組立体のＰ＿ｒ本体１６０内に置換部品として取り付け得る寸法とされることが好ましい。従来技術の変換器組立体１００及び組立体２００（この場合、組立体２００は従来技術の電極１３０の電極２３０を置換する構造とした）について行った試験から、変換器組立体２００は改良された性能を提供することが分かる。
図４Ａ及び図４Ｂには、それぞれ電極２３０の１つの好適な実施の形態の断面図及び底面図が図示されている。この実施の形態において、金属板２３２、スペーサ２３４及びセラミック板２３６の各々は、１つの中央穿孔穴２４２を形成する。金属板２３２の穿孔穴２４２の一部は、ねじ２４４（図４Ｂに図示）が金属板２３２、スペーサ２３４及びセラミック板２３６を共に保持することを可能にし得るようにねじが形成されることが好ましい。また、セラミック板２３６は、ねじ２４４を端ぐり状態に沈めるのを許容し得るよう、穿孔穴２４２よりも幅が広く且つ該穿孔穴２４４に接続する凹所２４６を画定することも好ましい。このようにして、ねじ２４４の任意の部分が電気的導体２３８とダイヤフラム１２０との間の空間に入るのを防止し得るようにねじ２４４を端ぐり状態に沈めることが望ましい。他の実施の形態において、ねじ２４４に代えて、リベット又は接着剤を使用することができる。更に別の実施の形態において、ねじ（又はボルト）２４４の一端は、穿孔穴２４４を貫通して伸長し、ナット（図示せず）が該端部にねじ込まれ且つねじ２４４と協働し、スペーサ２３４、及び板２３２、２３６を共に保持する。この実施の形態において、穿孔穴２４２にねじを形成するか否かは自由である。また、図４Ａには、金属板２３２に画定した穴２４８も図示されており、フィードスルー２８０がこの穴を通って伸長する。
好適な実施の形態において、Ｐ＿ｘカバー１４０、Ｐ＿ｘ本体１５０、Ｐ＿ｒ本体１６０、Ｐ＿ｒカバー１７０、金属板２３２、スペーサ２３４は、全て、同一の金属（例えば、インコネル（Inconnel）（登録商標名）、ニッケル、鉄、及びクロム合金）で製造されている。セラミック板２３６は、アルミナ又はフォスタライト（すなわち、ケイ酸マグネシウム）で出来ていることが好ましい。
説明の便宜上、変換器組立体２００は、電極２３０に配置された単一の導体を有するものとして説明した。しかしながら、当業者は、他の実施の形態において、変換器組立体２００は、電極２３０に配置された１つ以上の導体を備えることが可能であることも理解されよう。更に、当業者は、板２３２はＰ＿ｒ本体１６０の肩部１６４に接触する必要はなく、その代わり、その他の箇所にて、Ｐ＿ｒ本体１６０又はＰ＿ｒカバー１７０に固定してもよいことが理解されよう。更に、その他の実施の形態において、板２３２を省略し、セラミック（又は絶縁性）板２３６をＰ＿ｒ本体又はＰ＿ｒカバーに堅固に固定された別の形態の金属構造体により支持してもよい。
図５には、本発明による構造とされた変換器組立体３００の別の実施の形態の分解断面側面図が図示されている。変換器組立体３００は、Ｐ＿ｒ本体１６０と、一体とされたＰ＿ｒ本体／カバー３４０との間に取り付けられたダイヤフラム１２０を備えている。ダイヤフラム１２０の外周は、Ｐ＿ｘ本体／カバー３４０に固定され、ダイヤフラム１２０の一側部にて第一の内側密封チャンバ１１０を形成する。Ｐ＿ｘ本体／カバー３４０には、加圧気体源（図示せず）をチャンバ１１０に接続することを可能にし得るように圧力管１４２が設けられている。Ｐ＿ｒ本体１６０は、また、チャンバ１１０の反対側のダイヤフラム１２０の側部にてダイヤフラム１２０の外周にも固定されている。
変換器組立体３００は、また、改良されたＰ＿ｒカバー３７０と、環状の弾性的要素３９０とも備えている。図６には、Ｐ＿ｒカバー３７０の底面図が図示されている。図５、図６に図示するように、Ｐ＿ｒカバー３７０の下面には段が付けられており、該下面は、中央面３７２と、第一の肩部３７３と、第二の肩部３７４と、第三の肩部３７５と、第四の肩部３７６とを画定する。第一の肩部３７３は、中央面３７２の外周の少なくとも一部分の周りを伸長する。第二の肩部３７４は、第一の肩部３７３の外周の少なくとも一部分の周りを伸長する。第三の肩部３７５は、第二の肩部３７４の外周の少なくとも一部分の周りを伸長する。第四の肩部３７６は、第三の肩部３７５の外周の少なくとも一部分の周りを伸長する。図示した実施の形態において、中央面３７２は円形であり、肩部３７３乃至３７６は環状であり且つ中央面３７２に対して同心状である。第一の肩部３７３及び第二の肩部３７４は、垂直面３７８により分離されている。
変換器組立体３００を組み立てたとき、Ｐ＿ｒカバー３７０の第四の肩部３７６がＰ＿ｒ本体１６０の上側肩部１６６に接触する。この第三の肩部３７５は、Ｐ＿ｒ本体１６０の下側肩部１６４に接触し又は略接触することが好ましい。図示した実施の形態において、第二の肩部３７４は、第三の肩部３７５から引っ込んでおり（このため、第二の肩部３７４は、第三の肩部３７５よりも、ダイヤフラム１２０から更に離れた位置に配置される）、第一の肩部３７３は、第二の肩部３７４から引っ込んでおり、中央面３７２は、第一の肩部３７３から引っ込んでいる。
また、変換器組立体３００は、電極３３０も有している。該電極３３０は、電極１３０と同一の全体形状を有するが、電極３３０の外周は、電極１３０の外周よりも小さい。電極３３０は、全体として円筒形である。電極３３０の下面は、段が付けられており、中央面と、中央面の外周の周りを伸長する肩部３３６とを提供する。また、電極３３０は、下面の中央面に配置された導体（図示せず）も有している。
変換器組立体３３０を組み立てたとき、Ｐ＿ｒカバー３７０は、Ｐ＿ｒ本体１６０に堅固に取り付けられる（例えば、溶接により）。Ｐ＿ｒカバー３７０、Ｐ＿ｒ本体１６０、ダイヤフラム１２０は、協働して第一の内側チャンバ１１０と反対側の第二の密封した内側チャンバ１１２を形成する。図示していないが、当業者は、チャンバ１１２にアクセスし得るように、Ｐ＿ｒカバー３７０には、圧力管を設けることが可能であることが理解されよう。弾性的要素３９０の外側部分は、Ｐ＿ｒ本体１６０の下側肩部１６４に着座する。変換器組立体３００を組み立てたとき、Ｐ＿ｒカバーの第三の肩部３７５及びＰ＿ｒ本体の下側肩部１６４は、弾性的要素３９０の外周を締め付けることが好ましい。弾性的要素３９０の内周は、電極３３０の肩部３３６に接触し、電極３３０をダイヤフラム１２０から離れる方向に押す傾向の力を提供する。より具体的には、弾性的要素３９０は、電極３３０の上面がＰ＿ｒカバーの第一の肩部３７３に接触し且つ該第一の肩部３７３により支持されるように電極を押す。更に、Ｐ＿ｒカバー３７０の垂直面３７８は、ダイヤフラム１２０に対して平行な方向に向けて電極３３０が動くのを制限する。Ｐ＿ｒカバー３７０は、第一の電極３７３及び第二の電極３７４を分離させる垂直面３７８内にきちっと電極３３０が嵌まるような寸法とされることが好ましい。
図示した実施の形態において、変換器組立体３００は、Ｐ＿ｒカバー３７０を貫通して伸長する２つの電気的フィードスルーを有しており、電極３３０の下面に配置された２つの導体（図示せず）と電気的に接触する。フィードスルー３８０の各々は、例えば、ガラスで製造することのできる絶縁体３９０により取り囲まれている。絶縁体３９０は、フィードスルー３８０をＰ＿ｒカバー３７０から電気的に絶縁し、また、第二の内側キャビティ１１２内に圧力を保つ。
Ｐ＿ｒカバー３７０は、電極３３０を堅固に支持し且つ電極３３０がダイヤフラム１２０から離れる方向に動くこと（例えば、過剰圧力状態に応答して）を防止する。弾性的要素３９０は、電極３３０がダイヤフラム１２０に向けて動くのを防止する比較的小さい力（例えば、4.54ｋｇ（10ポンド）程度）を提供する。弾性的要素３９０により提供された比較的小さい力は、電極３３０の上面とＰ＿ｒカバー３７０の第一の肩部３７３との間の接触を保つ。これにより、Ｐ＿ｒカバー３７０は、電極３３０を堅固に支持し且つ電極３３０がダイヤフラム１２０から離れる方向に動くのを防止する。
従来技術の変換器組立体１００は、電極１３０をダイヤフラムに向けて下方に押し、電極１３０を所定位置に堅固に保持するために比較的大きい力（例えば、45.4ｋｇ（100ポンド））を提供すべく弾性的要素１９２を使用していた。従来技術と相違して、変換器組立体３００において、弾性的要素３９０は、電極３３０をダイヤフラムから離れるように上方に偏倚させる比較的小さい力（例えば、4.54ｋｇ（10ポンド））を提供し、Ｐ＿ｒカバー３７０は、電極３３０がダイヤフラム１２０から離れる方向に向けて動くのを確実に防止する。これにより、変換器組立体３００は、ダイヤフラム１２０と電極３３０の導体（図示せず）との間に実質的に一定の公称間隔を維持することは有利なことである。
図７には、本発明による構造とされた圧力変換器組立体４００の別の実施の形態の分解側面図が図示されている。変換器組立体４００は、組立体３００（図５に図示）にて使用したものと同一のＰ＿ｘ本体／カバー３４０、及び同一のＰ＿ｒカバー３７０を有することが好ましい。しかしながら、変換器組立体３００内で使用したＰ＿ｒ本体１６０及び電極３３０ではなくて、変換器組立体４００は、円筒状のＰ＿ｒ本体４６０と、円筒状の電極４３０とを有している。Ｐ＿ｒ本体４６０は、（２つの肩部ではなくて）単一の肩部４６６のみを有するから、Ｐ＿ｒ本体４６０は、Ｐ＿ｒ本体１６０よりも簡単である。当業者は、各肩部を提供するためには、別個の機械加工ステップを必要とすることが理解されよう。従って、Ｐ＿ｒ本体４６０は、単一の肩部のみを有するため、Ｐ＿ｒ本体１６０を製造するよりも低コストで済む。同様に、電極４３０は、電極３３０よりも簡単である。上述したように、電極３３０は、１つの肩部３３６を提供する。電極４３０は、肩部ではなくて、電極４３０の外周の少なくとも一部分に１つの溝４３２を提供する。当業者は、電極４３０のようなセラミック構成要素に肩部３３６のような肩部を提供するよりも、溝４３２のような溝を提供することのほうがより経済的であることが理解されよう。従って、電極４３０は、電極３３０よりもより経済的に製造できる。
組み立てたとき、Ｐ＿ｒカバー３７０は、Ｐ＿ｒ本体４６０に固定され、このため、Ｐ＿ｒカバー３７０の肩部３７６は、Ｐ＿ｒ本体の肩部４６６に接触する。Ｐ＿ｒ本体の一部分により支持されるよりも、弾性的要素４９０の外周は、例えば、ねじ４９２、又は、リベット又は接着剤のような他の締結具によってＰ＿ｒカバー３７０の第四の肩部３７５に固定されている。弾性的要素４９０の内周は、溝４３２の内側にて電極４３０に接触し且つＰ＿ｒ本体３７０の第一の肩部３７３に対して電極４３０を偏倚させる力を付与する。弾性的要素４９０及びＰ＿ｒカバー３７０は、変換器組立体３００（図５に図示）にて提供されるものと同様の改良された支持体を電極４３０に対して提供する。しかしながら、弾性的要素の外周を支持するためＰ＿ｒ本体の肩部を使用せずに、弾性的要素の外周をＰ＿ｒカバーに固定する。このことは、Ｐ＿ｒ本体内の余分な肩部の必要性を解消する点にて都合がよい。
図８には、本発明による構造とされた更に別の圧力変換器組立体５００の断面側面図が図示されている。変換器組立体５００は、管状のＰ＿ｒ支持体５９０を有している。Ｐ＿ｒ支持体５９０は、中央穴５９２を画定する。Ｐ＿ｒ支持体５９０の下面は、段が付けられており、第一の肩部５９３と、第二の肩部５９４と、第三の肩部５９５とを画定する。第一の肩部５９３は、穴５９２の外周の周りを伸長する。第二の肩部は、第一の肩部５９３の外周の周りを伸長する。第三の肩部５９５は、第二の肩部５９４の外周の周りを伸長する。第一の肩部５９３及び第二の肩部５９４は、垂直面５９６により分離されている。図示した実施の形態において、中央穴５９２は円形であり、第一、第二、及び第三の肩部５９３、５９４、５９５は、環状であり且つ第一、第二、第三の肩部５９３、５９４、５９５は、中央穴５９２に対して同心状である。
変換器組立体５００を組み立てたとき、弾性的要素３９０の外周の下面は、Ｐ＿ｒ本体１６０の肩部１６４に静止する。Ｐ＿ｒ支持体５９０の第三の肩部５９５は、弾性的要素３９０の外周の上面に静止する。弾性的要素３９０の内周は、電極３３０の肩部３３６を上方に偏倚させ、このため、電極３３０は、第一の肩部５９３とＰ＿ｒ支持体５９０の垂直面５９６とにより拘束されたままである。Ｐ＿ｒカバー１７０は、Ｐ＿ｒ本体１６０に固定され、このため、Ｐ＿ｒカバー１７０の下面は、Ｐ＿ｒ本体１６０の上側肩部１６６に接触する。弾性的要素１９２は、Ｐ＿ｒカバー１７０とＰ＿ｒ支持体５９０の上面との間にて締め付けられ且つＰ＿ｒ支持体５９０に下向きの力を付与する。
従来技術の変換器組立体１００は、セラミック電極を下方向に直接、偏倚させるため金属製の弾性的要素１９２を使用していた。これに反して、変換器組立体５００において、金属製の弾性的要素は、セラミック電極ではなくて、Ｐ＿ｒ支持体５９０を偏倚させる。従って、変換器組立体５００において、弾性的要素１９２により提供される比較的大きい力を受ける全ての構成要素（すなわち、Ｐ＿ｒ支持体５９０、弾性的要素３９０、Ｐ＿ｒ本体１６０、及びＰ＿ｒカバー１７０）は、同一の材料（例えば、金属）にて製造することができる。セラミック電極３３０は、弾性的要素１９２ではなくて、Ｐ＿ｒ支持体５９０により支持される。このため、変換器組立体５００は、電極に対して、改良された、より安定的な支持体を提供する。
本明細書に記載した、本発明の範囲から逸脱せずに、上記の装置に一定の変更を加えることが可能であるため、上記の説明に含め、又は添付図面に図示した全ての事項は、一例であって、限定的なものでないことを意図するものである。一例として、組立体３００の変形例（図５に図示）又は組立体５００（図８に図示）内の電極として電極４３０（図７に図示）を使用してもよい。同様に、組立体４４０の変形例（図７に図示）にて電極３３０（図５に図示）を使用してもよい。別の一例として、電極２３０の金属板２３２（図３Ａ及び図３Ｂに図示）は、Ｐ＿ｒ本体ではなくて、Ｐ＿ｒカバーに固定してもよい。更に別の例として、環状の導体を図示したが、当業者は、ダイヤフラムを有するコンデンサを形成し得るように、色々な形態及び数の導体を電極に配置することが可能であることが理解されよう。更に別の例として、電極２３０の好適な実施の形態（図３Ａ及び図３Ｂに図示）において、セラミック板２３６の中央部分のみが金属板２３２に固定されている。しかしながら、当業者は、これは、好適な実施の形態であり、本発明を限定するものではないことが理解されよう。他の実施の形態において、絶縁性板２３６の他の部分を金属板２３２に固定することができる。更に、他の実施の形態において、絶縁性板２３６の一部分又は全周がＰ＿ｒ本体１６０に接触するようにすることができる。

Claims (12)

1. 圧力変換器組立体において、
   （Ａ）内側キャビティを画定する本体と、
   （Ｂ）該本体内に取り付けられ且つ前記内側キャビティを第一のチャンバ及び第二のチャンバに分割するダイヤフラム（１２０）であって、該ダイヤフラムの一部分が、前記第一のチャンバ内の圧力が前記第二のチャンバ内の圧力よりも高圧であることに応答して、第一の方向に撓み、ダイヤフラムの前記部分が、前記第二のチャンバ内の圧力が前記第一のチャンバ内の圧力よりも高圧であることに応答して、前記第一の方向と反対の第二の方向に撓む、ダイヤフラム（１２０）と、
   （Ｃ）前記第一のチャンバ内にて前記本体に固定され、第一の材料から成る板（２３２）と、
   （Ｄ）前記第一のチャンバ内に配置され且つ前記板に固定され、前記第一の材料と異なる第二の材料から成る絶縁体（２３６）と、
   （Ｅ）前記絶縁体の中央部分を前記板に固定する締結具と、
   （Ｆ）前記絶縁体上に配置された導体（２３８）とを備え、前記導体及び前記ダイヤフラムが、前記第一及び第二のチャンバ内の前記圧力間の差を表わす容量によって特徴付けられる、圧力変換器組立体。
2. 請求項１に記載の組立体において、前記板及び前記本体が金属製である、組立体。
3. 請求項２に記載の組立体において、前記板が前記本体に溶接される、組立体。
4. 請求項１に記載の組立体において、前記絶縁体がセラミック材料から成る、組立体。
5. 請求項１に記載の組立体において、前記絶縁体の外周と前記本体との間に空隙が提供される、組立体。
6. 請求項１に記載の組立体において、前記絶縁体と前記板との間に配置されたスペーサを更に備える、組立体。
7. 請求項１に記載の組立体において、前記板が、前記絶縁体の基端側に配置されたスペーサを備える、組立体。
8. 請求項１に記載の組立体において、導電性のフィードスルーを更に備え、該フィードスルーの一端が前記第一のチャンバ内に配置され、前記フィードスルーの他端が前記本体の外側にあり、前記フィードスルーが前記板及び前記本体の穴を貫通して伸長し、該フィードスルーが前記導体と電気的に接続され且つ前記板及び前記本体から電気的に絶縁される、組立体。
9. 請求項１に記載の組立体において、前記締結具がねじから成る、組立体。
10. 請求項１に記載の組立体において、前記締結具がリベットから成る、組立体。
11. 請求項１に記載の組立体において、前記締結具が接着剤から成る、組立体。
12. 請求項１ないし１１の何れか一項に記載の組立体において、前記板（２３２）が前記板の周囲で前記本体（１６０）に固定されている、組立体。

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