JP4880154B2 - 改良された電極支持部を備えた容量型圧力変換器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量型圧力変換器に関する。特に、本発明は、容量型圧力変換器の電極を支持するための改良された装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、組立てられた従来の容量型圧力変換器アッセンブリ１００の部分的に切断された側面図を示す。図２は、変換器アッセンブリ１００の分解された部分的に切断された側面図を示す。図示の都合上、本発明を開示している他の図だけでなく、図１及び図２も一定の縮尺率で示されていない。また、影線が図面の理解を容易にするように用いられているが、この影線は、図面に示されている様々な構成要素が製造される材料を指し示すために用いられているのではない。
【０００３】
簡潔に言うと、変換器アッセンブリ１００は、内部キャビティを形成した本体部を有している。比較的薄く、可撓的で、伝導性のあるダイアフラム１２０は、前記内部キャビティをシールされた第１の内部チャンバ１１０とシールされた第２の内部チャンバ１１２に分割している。以下により詳細に記載されるように、ダイアフラム１２０は、チャンバ１１０,１１２内で前記圧力差に反応して曲がる、動く、もしくは変形するように装着されている。変換器アッセンブリ１００は、ダイアフラムのたわみ量を表すパラメータを提供し、したがって、このパラメータは、２つのチャンバ１１０，１１２の間の差圧を間接的に表している。この差圧を表している変換器１００によって提供されるパラメータは、ダイアフラム１２０とセラミック製の電極１３０上に配置された１以上のコンダクタとの間の電気容量である。
【０００４】
変換器アッセンブリ１００は、金属製のハウジング１４０と、金属製の上部カバー１５０と、金属製の底部カバー１６０とを有する。ハウジング１４０、上部カバー１５０、並びにダイアフラム１２０は、シールされた第１のチャンバ１１０を形成するように協働している。ダイアフラム１２０は底を形成し、ハウジング１４０は側壁を形成し、また上部カバー１５０はチャンバ１１０の上部を形成している。前記上部カバー１５０は、中央の貫通部を形成している金属製の圧力チューブ１５２を備えている。貫通部１５３は、チャンバ１１０への注入口、もしくは入口を形成している。以下に説明されるように、電極１３０は、チャンバ１１０内に囲繞され、電極１３０は、注入口１５３内の流体の圧力がダイアフラム１２０の上面へ伝達する、もしくは加わるのを妨げない。
【０００５】
前記下部カバー１６０及び前記ダイアフラム１２０は、シールされた前記第２の内部チャンバ１１２を形成するように協働している。ダイアフラム１２０は、チャンバ１１２の前記上部を形成し、下部カバー１６０は、チャンバ１１２の底部を形成している。また、下部カバー１６０は、中央の貫通部１６３を形成した金属製の圧力チューブ１６２を有する。貫通部１６３は、チャンバ１１２への注入口、すなわち入口を形成している。貫通部１６３内の流体の圧力は、ダイアフラム１２０の底面へ伝達する。
【０００６】
電極１３０は、この電極１３０の底面１３３上に配置された２つの金属製のコンダクタ１３１，１３２を有する。コンダクタ１３１とダイアフラム１２０は、第１のコンデンサＣ１の平行板を形成している。同様に、コンダクタ１３２とダイアフラム１２０は、第２のコンデンサＣ２の平行板を形成している。良く知られているように、Ｃ＝Ａεｒε０／ｄであり、Ｃは２つの平行板の間の容量、Ａは板間の共通の領域、ε０は真空の誘電率、εｒは板を隔てる物質の比誘電率（真空のときεｒ＝１）、そして、ｄは板間の軸方向距離（すなわち、軸に沿って通常板とつり合わされた板間の距離）である。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供される容量は、ダイアフラム１２０とコンデンサ１３１，１３２とのそれぞれの間の距離の関数である。ダイアフラム１２０が、チャンバ１１０，１１２間の圧力差の変化に反応して、上下に動く、すなわち曲がるに従って、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供される容量もまた変化する。時のあらゆる瞬間で、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供される容量がチャンバ１１０，１１２間の瞬間の差圧を表している。公知の電気回路（例えば、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供された容量の関数である共振周波数によって特徴づけられる“タンク（ｔａｎｋ）”回路）は、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供された容量を測定するように、また、差圧の電気信号表示を提供するように用いられる。
【０００７】
変換器アッセンブリ１００の所定の機械的な詳細が説明される。図３の（Ａ）は、ハウジング１４０の上面を示し、図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）に示されているように線３Ｂ―３Ｂで示される方向に切断されたハウジング１４０の断面図を示している。図２、図３の（Ａ）、並びに図３の（Ｂ）を参照すると、ハウジング１４０は、チューブ上の構造を有することが見られることができ、ハウジング１４０の壁は、通常、Ｌ字形状である。このＬ字形状のハウジング１４０の壁は、垂直に延出した部分１４１（Ｌ字の形状の垂直部分を形成している）と、水平に延出した部分１４２（Ｌ字の形状の水平部分を形成している）とを有する。この水平に延出した部分１４２は、第１の支持肩部として作用する環状の上面１４３を形成している。垂直に延出した部分１４１の上面は、ハウジング１４０も第２の環状の支持肩部１４４を形成するように、段になっている。ハウジング１４０も、中央の貫通部、すなわち通過穴１４５と、環状の支持底面１４６を形成している。
【０００８】
再び、図１及び図２を参照すると、上部カバー１５０は、円形である。変換器１００が組立てられたとき、上部カバー１５０の下面の外周は、ハウジング１４０の第２の支持肩部１４４上に載置されている。この上部カバー１５０とハウジング１４４は、２つの部品間で空気密封シールを形成するように、（通常は、溶接によって）連結されている。
【０００９】
また、底部カバー１６０も円形である。底部カバー１６０は、この底部カバー１６０の外周に延出した環状の上部表面１６６を形成している。ハウジング１４０、ダイアフラム１２０、並びに底部カバー１６０は、（１）ダイアフラムの外周が、ハウジング１４０の底面１４６と、底部カバー１６０の上面１６６との間で閉じられるように、（２）空気密閉シールが、ダイアフラム１２０と底部カバー１６０との間に形成されて、内部チャンバ１１２をシールするように、（３）空気密閉シールが、ダイアフラム１２０とハウジング１４０との間に形成されて、内部チャンバ１１０をシールするように、（通常、溶接によって）互いに連結されている。
【００１０】
電極１３０は、凹凸があり、固く、電気絶縁体（もしくは非伝導性）の材料で製造される。通常、電極１３０は、アルミナもしくはフォスタライト（Ｆｏｓｔｅｒｉｔｅ）などのセラミックで製造される。電極１３０は、通常、シリンダ状の形状を有する。図４の（Ａ）は、電極１３０の側面図を示している。図４の（Ｂ）は、図４（Ａ）に示されているように、矢印４Ｂ―４Ｂによって示されている方向に切断された電極の底面図を示している。電極１３０は、比較的厚さが薄いシリンダ状の外部セクション１３４と、厚いシリンダ状の中央セクション１３５とを有する。
【００１１】
外側セクション１３４は、前記電極１３０の外周に延出している環状の底面、もしくは肩部１３６を備えている。前記中央セクション１３５は、円形の平面の底面１３３を有し、２つのコンダクタ１３１，１３２は、この底面１３３に配置されている。図１、図２、及び図４の（Ａ）に示されているように、コンダクタ１３１は、めっきされた通過穴を通って延出し、電極１３０の上面と接続する部分１３１Ａを有する。同様に、コンダクタ１３２は、他のめっきされた通過穴を通って延出し、電極１３０の上面と接続する部分１３２Ａを有する。電極１３０は、コンダクタ１３１，１３２とダイアフラム１２０との間のスペースが比較的小さくなるように（例えば、０．００６インチのオーダー）、通常、チャンバ１１０内に位置されている。また、前記電極１３０は、チャンバ１１０，１１２内の圧力が等しいとき、コンダクタ１３１，１３２が、前記ダイアフラム１２０によって形成された平面と平行となる平面内に配置されている。
【００１２】
貫通部、すなわち通過穴１３７は、２つのコンダクタ１３１，１３２の間の位置で、電極１３０の中央部分１３５を貫通して延出している。貫通部１３７は、注入口１５３内の流体の圧力がダイアフラムの上面に加えられるのを可能とする。
【００１３】
ハウジング１４０は、前記チャンバ１１０内で電極１３０を支持している。前記電極１３０の底面の肩部１３６は、ハウジング１４０の水平に延出した部分１４２によって形成された肩部１４３に、実質的に載置されている。
【００１４】
また、変換器アッセンブリ１００は、ウェーブワッシャ１７０（すなわち、前記リングの平面に垂直な方向で１以上の面に曲げられている金属製で環状のワッシャ）と、力伝達部材１７２とを有し、この力伝達部材１７２は、約１００ないし２００ポンドの力を生じるように十分に圧縮されている。この力は、前記伝達部材１７２を解して、前記電極１３０に伝達され、前記ダイアフラム１２０の方へ電極を押し下げる。前記ハウジング１４０の肩部１４３は、前記電極１３０を支持し、この電極１３０の前記ダイアフラム１２０の方への動きに抗する。前記ウェーブワッシャによって生じた大きな力は、電極をハウジングの方へ押して、このハウジング１４０に関する平面に前記電極１３０をしっかりと保持する。
【００１５】
通常の動作状態の間、前記ダイアフラムは、チャンバ１１０，１１２内を動くか、もしくは曲がり、電極１３０と接触しない。しかし、チャンバ１１２内の圧力が過度に高くなると、前記ダイアフラムは、電極１３０に接触して押す。この状態は、通常“圧力過剰状態”として説明される。圧縮されたウェーブワッシャ１７０によって生じる比較的大きいばねの力は、圧力過剰状態の間、電極が動くこと、すなわち不安定になることを防止する。また、変換器アッセンブリ１００は、前記電極の底面に１３６とハウジング１４０の肩部１４３との間、及び前記電極１３０の上面と前記伝達部材１７２との間に配置されている１以上のシム（ｓｈｉｍ）１７４を有する。これらのシムは、通常、コンダクタ１３１，１３２とダイアフラム１２０との間のスペースに隣接するように設けられている。図５の（Ａ）は、前記シム１７４の１つの上面図を示している。図５の（Ｂ）は、図５の（Ａ）に示されているように、線５Ｂ―５Ｂによって示されている方向に切断されたシム１７４の断面図を示している。図５の（Ｃ）は、このシム１７４の斜視図である。知られているように、このシム１７４は、比較的厚さの薄い環状（もしくは、“フラットワッシャ”）の形状によって特徴づけられる。シム１７４は、さらに以下のパラメータによって特徴づけられる。すなわち、外径Ｄ、厚さＴ、並びに横断面の幅Ｗである。シム１７４の場合、横断幅Ｗは、直径Ｒ１（すなわち、シムの中心と外周との間の距離）と、直径Ｒ２（すなわち、シムの中心と内周との間の距離）との間の距離に等しい。典型的な従来技術のシムは、１．８インチに相当する外径Ｄ、０．００６インチに相当する厚さＴ、並びに０．０８インチに相当する横断幅Ｗを有する。
【００１６】
再び、図１及び図２を参照すると、変換器アッセンブリ１００は、また、２つの伝導性のピン１８０，１８２と、２つの伝導性のばね１８４，１８６とを有する。これら伝導性のピン１８０，１８２は、上部カバー１５０を貫通して延出し、このカバー１５０から絶縁ばね１８７，１８８（例えば、溶融ガラス製のプラグ）によって、それぞれ電気的に絶縁されている。前記伝導性のばね１８４の一端は、コンダクタ１３１Ａに物理的及び電気的に接している（したがって、電気的にコンダクタ１３１と結合している）。前記伝導性のばね１８４の他端は、ピン１８０に機械的及び電気的に接続されている。同様に、前記伝導性のばね１８６の一端は、コンダクタ１３２Ａに物理的及び電気的に接している（したがって、電気的にコンダクタ１３２と結合している）。前記伝導性のばね１８６の他端は、ピン１８２に機械的及び電気的に接続されている。この配置は、変換器アッセンブリ１００の外側の外部回路がコンダクタ１３１（ピン１８０とばね１８４を介して），１３２（ピン１８２とばね１８６を介して）と電気的に結合することを可能とする。ダイアフラム１２０とハウジング１４０とは、両方伝導性であるので（また、これらは互いに溶接されているので）、外部回路は、ハウジング１４０と結合することによって、単にダイアフラム１２０と電気的に結合しても良い。実際には、変換器１００の本体部は、通常、接地されており（これによってダイアフラム１２０を接地する）、したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供される容量は、測定する外部回路をピン１８０，１８２と電気的に結合することによって、単に測定されて良い。
【００１７】
動作中、変換器アッセンブリ１００は、通常、絶対圧力変換器として用いられる。この形態において、チャンバ１１０は、通常、圧力チューブ１５２に真空ポンプ（図示されていない）を適用することによってはじめて吸い出される。チャンバ１１０が空にされた後、チューブ１５２は、チャンバ１１０内の真空を保つようにシール、すなわち“締め付けられる”。流体の圧力の測定を可能とするように、流体の供給源（図示されていない）に接続される。これは、チャンバ１１０内の“対照”圧力（“ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ” ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を発生させる。真空は、便利な対照圧力であるが、他の対照圧力が用いられることができる。この対照圧力がチャンバ１１０内に導入された後、前記圧力チューブ１６２は、流体の圧力の測定を可能とするように、流体の供給源（図示されていない）に接続される。この形式で圧力チューブを結合することは、圧力が測定される流体をチャンバ１１２へ（及びダイアフラム１２０の底面へ）搬送する。ダイアフラム１２０の中心は、チャンバ１１０，１１２間の差圧に反応して、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を変化するように、上方もしくは下方へ動く、すなわち曲がる。コンデンサＣ１，Ｃ２の瞬間の容量は、ダイアフラム１２０の位置を表し、変換器アッセンブリ１００は、チャンバ１００内の既知の圧力に対するチャンバ１１２内の圧力の測定を可能にする。
【００１８】
また、変換器アッセンブリ１００は、当然差圧変換器として用いられることもできる。この形態の場合、圧力チューブ１５２は、第１の流体の供給源（図示されていない）に接続され、圧力チューブ１６２は、第２の流体の供給源（図示されていない）に接続されている。そして、変換器アッセンブリ１００は、これら２つの流体の圧力間の差の測定を可能にする。
【００１９】
変換器アッセンブリ１００が適切に動作するように、部材の様々な構成要素間、特にダイアフラム１２０とコンダクタ１３１,１３２の間の安定した幾何学的な関係を維持することが重要である。変換器アッセンブリ１００の動作中、ダイアフラム１２０は、当然（差圧の変化に反応して）上下に動き、ダイアフラム１２０とコンダクタとの間のスペースを変化させる。しかし、変換器アッセンブリ１００が正確な示度を一貫して提供するように、前記ダイアフラム１２０と前記コンダクタ１３１,１３２との間の幾何学的な関係が、あらゆる特定な差圧に対して長期間にわたり一定であるのを確実にすることが重要である。また、多くの変換器アッセンブリを製造するとき、各部材において、同じ幾何学的関係を提供することが重要である。例によって、この幾何学的関係の重要な特性は、（１）あらゆる特定の圧力に対するコンダクタとダイアフラムとの間の軸方向距離、（２）電極１３０の形状（例えば、電極１３０の傾斜もしくはたわみがダイアフラムとコンダクタとの間の空間的な関係に影響する）、並びにダイアフラムの張力量である。説明の簡便のために、前記変換器アッセンブリの様々な部品の間の幾何学的な関係は、ここでは単に“幾何学的な構成”として説明される。従来技術の変換器アッセンブリ１００に付随する１つの問題は、安定した幾何学的な構成を維持している。
【００２０】
従来技術の変換器アッセンブリは、本質的に、安定した必要な幾何学的な構成を維持するシム１７４とウェーブワッシャ１７０に依存している。シム１７４は、前記部材１００が組立てられるときに、前記ダイアフラム１２０と前記コンダクタとの間の距離を調整もしくは調節して用いられ、前記ウェーブワッシャ１７０によって発生された大きな力は、固定位置に電極１３０を保持して、これによって、一定の幾何学的構成を維持しようとしている。
【００２１】
変換器アッセンブリ１００は、電極１３０をしっかりと保持しているが、幾何学的な構成は、例えば温度変化に反応して長時間かけて少しずつ変えることができる。金属製のハウジング１４０の温度膨張係数は、典型的には、セラミック製の電極１３０の温度膨張係数より大きい。したがって、変換器アッセンブリを加熱もしくは冷却することは、幾何学的な構成に影響する部材内の剪断力を発生することができる。機械的な応力は、加熱もしくは冷却することに反応して部材内で生じることができ、この応力が十分に大きくなるとき、前記電極と前記ハウジングは、応力を解放するように他方に対して相対的に動く。この種の動きは、ときどき、“スティックスリップ（ｓｔｉｃｋ−ｓｌｉｐ）”、もしくは“機械的ヒステリシス”として説明される。これらスティックスリップの動きは、前記幾何学的な構成に影響し、前記変換器アッセンブリ１００の正確性に逆に作用する。
【００２２】
変換器アッセンブリ１００の性能は、少なくとも２つのパラメータによって特徴づけられる。第１のパラメータは、“安定性”であり、第２のパラメータは、“復元可能性”である。前記変換器アッセンブリ１００の幾何学的な構成が加熱、もしくは冷却するのに反応して長時間で変化することができるので、前記変換器アッセンブリ１００は、“安定性”を欠きやすい。加熱することと冷却することとの両方は、幾何学的な構成において変化を生じる。しかし、加熱サイクルと冷却サイクルとは、一般に幾何学的構成において、一致する再現可能な変化を提供しない。例えば、最初の幾何学的な構成によって特徴づけられ、最初の温度である変換器アッセンブリが、幾何学的な構成において変化を生じるように十分に加熱された場合、幾何学的な構成は、一般に元の構成には戻らない。むしろ、前記部材が、通常、新たな幾何学的構成によって特徴づけられる。言い換えれば、温度変化によって生じる幾何学的な構成におけるバリエーションは、機械的ヒステリシスによって特徴づけられる。この機械的ヒステリシスは、一般に、摩擦のような非保存的な影響によって生じる。前記幾何学的な構成のように、このヒステリシスによって特徴づけられ、前記変換器アッセンブリは、比較的“復元可能性”を欠く。
【００２３】
米国特許第５，２７１，２７７号は、長時間にわたって、コンダクタとダイアフラムとの間の安定した幾何学的関係を維持しようとする１つの装置が開示されている。この特許の図１ないし４によって示されているように、この装置において、電極は、環状の支持部材を介してハウジングに接続されている。この環状の支持部材の一端は、ハウジングの可撓的な部分に溶接されている。前記環状の支持部材の他端は、材料を接合するガラスのフリート（ｆｒｅｔｅ）などによって、電極に接続されている。ハウジングに接してしっかりと押すような大きいばね力（例えば、ウェーブワッシャによって発生されるような）を用いるよりもむしろ、この装置は、ハウジングから電極を隔離する環状の支持部材を用いている。実際、この環状の支持部材は、電極のための唯一の支持部を提供している。この装置は、ハウジング内で生じた温度膨張力の一部から電極を隔離するのに役立つ。しかし、この装置は、組立てるのが複雑で、強さに欠ける。この装置に付随する少なくとも１つの問題は、前記環状の支持部材と前記電極との間のガラスフリート接合に関する。このような接合は、組立てることが難しく、また、比較的壊れやすい。
【００２４】
米国特許第４，８２３，６０３号は、長時間にわたって安定した幾何学的関係を維持するための他の装置を開示している。この特許の図１０ないし１５によって示されているように、この装置において、回転ベアリングが、電極とハウジングの間に配置されている。ばね力は、前記電極をダイアフラムと直角な方向に動くのを防止するように用いられ、前記回転ベアリングは、前記ダイアフラムと平行な方向に動くのを可能とする。この回転ベアリングによって可能となる動きは、熱応力が前記電極を曲げること、すなわち“スティックスリップ”型の動きを生じることを防止する。この装置において、大きいばね力を用いることは難しく、したがって、典型的には、比較的小さなばね力が用いられる。この小さいばね力は、前記装置が、かなり大きい圧力過剰な状態に耐えることを不可能にする。すなわち、比較的大きな圧力過剰状態は、電極を押しのけられ得、これによって前記幾何学的な構成を変え得る。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記改良された電極のための支持部を備えた圧力変換器アッセンブリを提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧力変換器アッセンブリにおいて、改良された電極のための支持部が定められている。本発明に関して組立てられた変換器アッセンブリは、改良された安定性及び復元可能性によって特徴づけられ、また、圧力過剰状態に対する高度の耐久性を提供する。
【００２７】
一態様において、前記改良された電極のための支持部は、環状によって特徴づけられ、かつ２以上の縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）を備えた独立コンプライアントリングを有する。この変換器アッセンブリのハウジングは、前記コンプライアントリングの下端に位置するための環状の溝を有して良い。
【００２８】
他の態様において、前記改良された支持部は、変換器アッセンブリのハウジングの一体部分として形成された環状の一体的なコンプライアントリングを有する。本発明に関して組立てられた一変換器アッセンブリは、本体部、ダイアフラム、絶縁部材、コンダクタ、圧縮部材、並びに支持部材を有する。前記本体部は、内部キャビティを形成している。前記ダイアフラムは、前記本体部内に設けられ、前記内部キャビティを第１のチャンバと第２のチャンバとに分割する。前記ダイアフラムの一部分は、第２のチャンバ内の圧力より大きい第１のチャンバ内の圧力に反応して、第１の方向に動く。前記コンダクタは、前記絶縁部材上に設けられている。この絶縁部材は、前記コンダクタと前記ダイアフラムがコンデンサの板を形成するように、第１のチャンバ内に配置されている。前記圧縮部材は、第１のチャンバ内に配置され、前記絶縁部材を前記ダイアフラムの方へ偏らせる力を生じる。前記支持部材は、前記ダイアフラムと前記絶縁部材との間に配置されている。前記支持部材は、所定の厚さと所定の横断幅によって特徴づけられる。この横断幅に対する厚さの比は、２より大きい。
【００２９】
本発明のさらにまた別の目的及び効果は、いくつかの実施の形態が、本発明の最も良い状態の図示のみによって示され、また、記載された以下の詳細な説明から、当分野における通常の知識を有する者に容易に明らかとなる。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、そのいくつかの細部は、本発明から離れることが無ければ、すべて、あらゆる点で変更ができる。したがって、図面及び説明は、請求の範囲に明示された技術的思想の範囲で、ほとんど説明に関するものであり、制限、もしくは限定する意味では無い。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴及び目的のより十分な理解のために、同じ参照符号が、同じ、もしくは類似の部品を指し示すのに用いられている図面と関連付けられた以下の詳細な記載が参照される。
【００３１】
図６は、本発明に関して組立てられた組立て式の圧力変換器アッセンブリの部分断面側面図を示す。図７は、変換器アッセンブリ２００の分解された部分断面図を示す。以下に詳細に説明されているように、変換器アッセンブリ２００は、独立コンプライアントリング２７４と改良されたハウジング２４０とを含む。これらコンプライアントリング２７４とハウジング２４０は、電極１３０のための改良された支持部を協働的に提供している。
【００３２】
従来技術の変換器アッセンブリ１００に付随しているように、アッセンブリ２００は、内部キャビティを形成し、この内部キャビティ内に配置されたダイアフラム１２０を有する。このダイアフラム１２０は、前記内部キャビティをシールされた第１の内部チャンバ１１０とシールされた第２の内部チャンバ１１２に分割している。ハウジング２４０、上部カバー１５０、並びにダイアフラム１２０は、前記第１のチャンバ１１０を形成するように協働している。ダイアフラム１２０と底部カバー１６０は、前記第２のチャンバを形成している。
【００３３】
図８の（Ａ）は、改良されたハウジング２４０の上面図を示す。図８の（Ｂ）は、図８の（Ａ）に示されているように線８Ｂ―８Ｂによって示された方向で切断されたハウジングの断面図を示す。図６、７、８の（Ａ）、並びに８の（Ｂ）を参照すると、改良されたハウジング２４０は、従来技術のハウジング１４０に対するいくつかの類似性を有する。すなわち、ハウジング２４０は、チューブ状の外形を有し、このハウジング２４０の壁は、Ｌ字形状である。このハウジング２４０のＬ字形状の壁は、垂直に延出した部分２４１と水平に延出した部分２４２とを有する。この水平に延出した部分２４２の上面２４３は、第１の環状の支持肩部を形成している。前記垂直に延出した部分の上面は、段がつけられて、第２の環状の支持肩部２４４を形成している。また、ハウジング２４０は、中央のキャビティ２４５を形成している。従来技術のハウジング１４０とは異なり、前記ハウジング２４０の第１の支持肩部は、環状の溝２４７を形成している。ハウジング２４０は、金属製であり、好ましくはステンレススチールもしくはインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）から形成されている。
【００３４】
変換器アッセンブリ２００が組立てられたとき、前記上部カバー１５０の下面の外周は、前記ハウジング２４０の第２の支持肩部２４４に載置されている。前記上部カバー１５０は、空気密閉シールを形成するように、前記ハウジング２４０と（通常、溶接によって）連結されている。また、変換器が組立てられたとき、前記ハウジング２４０、ダイアフラム１２０、並びに下部カバー１６０は、（１）前記ダイアフラム１２０の外周が、ハウジング１４０の底面２４６と、底部カバー１６０の上面１６６との間で閉じられるように、（２）空気密閉シールが、ダイアフラム１２０と底部カバー１６０との間に形成されて、内部チャンバ１１２をシールするように、（３）空気密閉シールが、ダイアフラム１２０とハウジング２４０との間に形成されて、内部チャンバ１１０をシールするように、（通常、溶接によって）互いに連結されている。
従来技術のアッセンブリ１００に付随しているように、アッセンブリ２００は、ウエーブワッシャ１７０と力伝達部材１７２を備えている。ウエーブワッシャ１７０と力伝達部材１７２は、ウエーブワッシャ１７０によって生成された圧縮力が、電極１３０をダイアフラム１２０に向けて下方に偏移するように、上部カバー１５０と電極１３０の間に配置されている。１つ以上のシム１７４が、力伝達部材１７２と電極１３０の上面にもうけられても良い。
【００３５】
上述したように、変換器アッセンブリ２００もまた、独立コンプライアントリング２７４を有する、図９の（Ａ）は、独立コンプライアントリング２７４の上面図を示す。図９の（Ｂ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｂ―９Ｂによって示された方向で切断された独立コンプライアントリング２７４の断面図を示す。図９の（Ｃ）は、コンプライアントリング２７４の斜視図を示す。図９の（Ｄ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｄ―９Ｄによって示された方向に切断された独立コンプライアントリングの部分拡大断面図を示す。コンプライアントリング２７４は、環形状と以下のパラメータによって特徴づけられる。すなわち、外径Ｄ、厚さＴ、並びに横断幅Wである。この横断幅Ｗは、半径Ｒ１（すなわち、前記コンプラアントリングの外周と中心との間の距離）と半径Ｒ２（すなわち、前記コンプラアントリングの内周と中心との間の距離）との間の差に相当する。コンプライアントリングの一実施の形態は、ステンレススチールで製造され、外径Ｄが約１．８インチ、厚さＴが約０．０５インチ、並びに横断幅Ｗが約０．０１５インチに相当することによって特徴づけられる。
【００３６】
図６、７、９の（Ａ）、９の（Ｂ）、９の（Ｃ）、並びに９の（Ｄ）を参照すると、コンプライアントリング２７４が、改良されたハウジング２４０と電極１３０との間に配置されているのが見られることができる。より特定的には、コンプライアントリング２７４の下端２７４Ｌは、ハウジング２４０の溝２４７内に載置されている。コンプライアントリング２７４の上端２７４Ｕは、電極１３０を支持している。この電極１３０の表面は、前記コンプライアントリング２７４の上端２７４Ｕに直接載置されることができる。あるいはまた、図６及び７に示されているように、１以上のシム１７４は、コンプライアントリング２７４の上端２７４Ｕと前記電極の下面１３６との間に配置されることができる。前記コンプライアントリング２７４は、ダイアフラム１２０の方への電極１３０の動きに抗する。前記ウェーブワッシャ１７０と前記コンプライアントリング２７４は、ハウジング２４０内に静止した位置で電極１３０を保持するように協働する。従来技術にあるように、前記電極と前記ハウジングとの間で唯一の支持部が提供された前記シム１７４は、本発明に関して製造されている改良された変換器アッセンブリにおいて、コンプライアントリングが前記ハウジングと前記電極との間に配置されている。
【００３７】
以下にさらに説明されているように、コンプライアントリング２７４は、従来技術のシム１７４に係る課題を解決する。図１０の（Ａ）ないし（Ｅ）は、従来技術のシム１７４に係る課題を示している。図１０の（Ａ）は、電極１３０とハウジング１４０との間に配置されたシム１７４を有する従来技術の構成の拡大図を示す。三角部８１０は、電極１３０上の指示ポイントを指定し、三角部８１２は、肩部１４３上の対応する支持ポイントを指定している。図８に示された構成は、前記三角部８１０，８１２によって指定された２つの指示ポイントが、互いに及び前記力伝達部材１７２に対して直線をなしているので、“ニュートラルの構成”と見なされる。図８の（Ａ）は、元の温度で変換器アッセンブリ１００の構成を表わしているように見なされることができる。
【００３８】
前記金属製のハウジング１４０の温度膨張係数は、典型的に、前記電極１３０の温度膨張係数より大きいので、前記変換器アッセンブリの加熱もしくは冷却は、前記ハウジング、シム、並びに電極に相対的な摺動もしくは滑動を発生させ、これによって前記ニュートラルの構成から移動させる。前記シム１７４と前記電極１３０との間の摩擦、及び前記シム１７４と前記ハウジング１４０との間の摩擦は、この摺動しようとするのに抗する。しかし、前記アッセンブリの十分な加熱もしくは冷却によって、温度的に誘発される剪断力は、摩擦抵抗を超えることがある。この剪断力が摩擦抵抗を超えるとき、前記電極、シム、並びにハウジングは、相対的に、新たな位置まで摺動し、これによって剪断力を解放する。図１０の（Ｂ）は、前記電極、シム、並びにハウジングが相対的に摺動するまで、図１０の（Ａ）に示された構成要素を加熱することによって形成された構成を示す。図１０の（Ｂ）に示されているように、三角部８１０，８１２によって指定された指示ポイントは、もはや互いに及び前記力伝達部材１７２に対して直線をなしていない。
【００３９】
そして、図１０の（Ｂ）に示されている構成にある変換器アッセンブリが、元の温度（すなわち、図１０の（Ａ）に示された前記アッセンブリの温度）まで冷却された場合、温度収縮率の相違は、前記ハウジングと電極をこれらの元の構成まで戻そうとする剪断力を発生する。しかし、摩擦は、この動きに抵抗しようとし、前記アッセンブリを前記ニュートラルの構成へ向かう行程の一部分を、通常わずかに戻させる。図１０の（Ｃ）は、元の温度（すなわち、図１０の（Ａ）に示されたアッセンブリの温度）まで、図１０の（Ｂ）に示された部材を冷却することによって生じる構成を示す。図１０の（Ｃ）に示されているように、元の温度まで冷却した後、前記電極１３０と前記ハウジング１４０は、通常前記ニュートラルの構成には戻らず、あるいはまた、前記ハウジング１４０は、前記ニュートラルの構成の“外側”にある（三角部８１２で表示された前記指示ポイントで測定された前記ハウジングの１４０の径が、前記アッセンブリがニュートラルの構成にあるときに同じ指示ポイントで測定された径より大きいので、前記ハウジング１４０は、前記ニュートラルの構成の“外側”にあると呼ばれる）。
【００４０】
図１０の（Ａ）、１０の（Ｂ）、並びに１０の（Ｃ）は、前記変換器アッセンブリを加熱し、次に前記元の温度までこのアッセンブリを冷却した結果を示す。同様に、図１０の（Ａ）、１０の（Ｄ）、並びに１０の（Ｅ）は、前記変換器アッセンブリを冷却し、次に前記元の温度までこのアッセンブリを加熱した結果を示す。図１０の（Ｄ）は、図１０の（Ａ）で述べたアッセンブリを前記ハウジング及び電極が前記ニュートラルの構成から動くまで冷却した結果を示す。図１０の（Ｅ）は、図１０の（Ｄ）で述べた前記アッセンブリを前記元の温度に戻るまで加熱した結果を示す。図１０の（Ｅ）に示されているように、この加熱で続けられた冷却の温度サイクルの終端で、前記アッセンブリは、前記ニュートラルの構成まで戻っていない。むしろ、前記ハウジング１４０は、前記ニュートラルの構成の“内側”にある。
【００４１】
理想的には、冷却で次に続けられる加熱の温度サイクル、もしくは加熱で次に続けられる温度サイクルの後、ひとたび前記変換器アッセンブリが元の温度に戻れば、この変換器アッセンブリは、前記元の幾何学的な構成に戻る。このような理想的なアッセンブリは、良好な復元可能性によって特徴づけられる。このような温度サイクルの終端で前記元の幾何学的な構成に戻ることができないのは、前記従来技術の変換器アッセンブリの性能に逆に影響を及ぼす。図１０の（Ａ）ないし（Ｅ）に関連して上述された温度的に誘発された剪断力によって生じる前記スティックスリップの動きは、従来技術の変換器アッセンブリが温度サイクル後に元の構成に戻らないという主要な理由である。
【００４２】
図１１の（Ａ）、１１の（Ｂ）、並びに１１の（Ｃ）は、コンプライアントリング２７４が電極１３０に対して改良された支持部をどのように提供するかを示している。図１１の（Ａ）は、コンプライアントリングの一部の拡大図を示している。図示されているように、前記コンプライアントリング２７４は、ハウジング２４０とシム１７４の間に配置され、前記電極１３０は、シム１７４上に配置されている。前記力伝達部材１７２は、電極１３０の上方に配置され、この電極をハウジング２４０の方へ押し下げている。好ましくは、前記力伝達部材は、図１１の（Ａ）に示されているように、前記コンプライアントリングと一直線上にある。図１１の（Ｂ）及び１１の（Ｃ）に示されているように、前記コンプライアントリングは、前後に曲がることができ（もしくは変形することができ）、したがって、前記変換器アッセンブリ２００を加熱もしくは冷却することによって発生された剪断力に反応して、電極１３０が前記ハウジングに対して動くことを可能にする。コンプライアントリング２７４が曲がるにしたがって、すべての接触面は、安定した接触のままであり、他に対して摺動しようとしない。前記コンプライアントリング２７４が曲がるにしたがって、これは、コンプライアントリング２７４の下端２７４Ｌが前記ハウジング２４０の溝２７４に対して摺動しようとしないで、あるいはまた、この溝にしっかりと接触しているということである。同様に、前記コンプライアントリング２７４が曲がるにしたがって、前記コンプライアントリング２７４の上端２７４Ｕは，シム１７４に対して（もしくはこのシム１７４が外れた場合、電極１３０の表面１３６に対して）摺動しようとせず、かわりに、このシムとしっかりと接触している。
【００４３】
従来技術において、温度的に誘発される剪断力は、前記電極、シム、並びにハウジングを互いに摺動させていた。従来技術とは対照的に、本発明に関して構成された変換器アッセンブリにおいて、温度的に誘発される剪断力は、前記コンプライアントリングを変形させる。この変形は、差動温度膨張がいかなる滑動も無く吸収されることを可能とする。また、前記コンプライアントリングの変形は、反復可能であるのに役立つ（すなわち、これらは、機械的ヒステリシスによって特徴づけられない）。したがって、本発明に関してコンプライアントリングと組立てられた変換器アッセンブリは、良好な復元可能性を提供し、前記温度サイクルの終端で、これらのもとの構成へ戻すのに役立つ。さらに、前記コンプライアントリングの変形は、幾何学的な構成において、ほんの小さな変化を提供し、これによって本発明に関してこのコンプライアントリングとともに組立てられた変換器アッセンブリは、良好な安定性をも提供する。また、電極１３０に押し当てるウェーブワッシャ１７０によって提供された大きい力は、変換器アッセンブリ２００を大きい過剰圧力状態に対し無反応にさせる。したがって、変換器アッセンブリ２００は、（１）改善された復元可能性、（２）改善された安定性、並びに（３）大きな過剰圧力状態に対する無反応性を提供する。この特徴の組み合わせは、従来技術の変換器アッセンブリによって提供されていない。
【００４４】
図１２は、変換器アッセンブリ２００内に生じた剪断力を誘発される温度に反応して変形したコンプライアントリング２７４の断面図を示す。図示されているように、前記コンプライアントリング２７４が変形されたとき、前記コンプライアントリング２７４の下端の外径ＬＤは、このコンプライアントリング２７４の上端の外径ＵＤより大きくなる。このコンプライアントリング２７４は、例えば変換器アッセンブリ２００を冷却することに反応して、（前記上端の径ＵＤが前記下端の径ＬＤより大きくなるように）当然反対の方向に変形することができる。このコンプライアントリング２７４は、好ましくは、これら異なる径に変形、すなわち弾性的に曲がって、弾性的に元のリング状の形状（例えば図９の（Ａ）ないし（Ｄ））まで復元することができる金属で製造されている。好ましくは、前記上端もしくは下端の外径（すなわち、図１２に示されているようにＵＤもしくはＬＤ）は、前記コンプライアントリング２７４を損傷させること無く、また、摺動の動きを生じさせること無く、変換器アッセンブリ内の温度的に誘発された剪断力に反応して、１．８インチのほんのわずかな径から約０．２％だけ変形することが可能である。
【００４５】
図５の（Ｂ）に関連して上述したように、前記従来技術のシム１７４の厚さＴは、典型的には焼く０．００６インチであり、前記シムの横断幅Ｗは、典型的に約０．０８インチである。このシムの前記縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）は、前記横断幅Ｗで割った前記厚さＴに相当し、従来技術のシムの典型的な縦横比は、１よりかなり小さい。従来技術において、このシム１７４は、前記電極と前記ハウジングの間に配置された唯一の支持部であり、この支持部に対する小さな縦横比は、前記電極とハウジングを図１０の（Ａ）ないし（Ｅ）と関連して上述したように、スティックスリップ形式で動かせるのに役立つ。構造的に、シム１７４とコンプライアントリング２７４は、共に環形状によって特徴づけられる。前記シム１７４の縦横比の増加は、実質的にこのシムを前記コンプライアントリングへ構造的に変形させる。前記電極と前記ハウジングとの間の前記支持部の少なくとも１つの縦横比が約２以上であるとき、前記支持部の変形は、従来技術のシムのスティックスリップ型の動きよりもむしろ、（図１１の（Ａ）ないし１１の（Ｃ）に関連して上述したように）反復可能な曲がる動きによって特徴づけられるのに役立つ。これに対する主要な理由が、図１０の（Ａ）ないし（Ｅ）、１１の（Ｂ）、ならびに１１の（Ｃ）に示されている。図１０の（Ａ）ないし（Ｅ）に示されているように、前記電極と前記ハウジングとの間の唯一の前記支持部材の縦横比が非常に小さいとき、この支持部を曲げるのに必要な力は滑動を生じる力よりも大きく、したがって前記温度的に誘発された剪断力が滑動を生じる。しかし、図１１の（Ｂ）及び１１の（Ｃ）に示されているように、前記支持部の少なくとも１つの縦横比が十分に大きいとき、この支持部を曲げるのに必要な力は滑動を生じる力よりも小さく、したがって前記温度的に誘発された剪断力が（滑動することなく）曲げを生じる。それどころか、すべての接触面は、前記コンプライアントリング１７４の変形を介して良好な接触状態を保っている。
【００４６】
より好ましい実施の形態において、前記コンプライアントリングの縦横比は、約３以上である。前記コンプライアントリングの縦横比に対して２以上が好ましい値であるが、前記電極と前記ハウジングとの間の前記支持部の少なくとも１つの縦横比が１．０以上であるときには、前記変換器アッセンブリの性能が改善されている。前記コンプライアントリング２７４の上述の好ましい実施の形態は、２より大きい縦横比によって特徴づけられる。いかなる特別な変換器アッセンブリ一式において、前記コンプライアントリング２７４の前記縦横比は、好ましくは、温度変化に反応した変形がスムーズで復元可能性を保証するように選択される。前記横断幅Ｗは、好ましくは、前記コンプライアントリング２７４が前記電極１３０を確実に支持するための十分な機械的強度を提供するのを保証するように選択される。
【００４７】
図９の（Ｄ）を参照すると、前記コンプライアントリング２７４の下端２７４Ｌは、湾曲した横断部によって特徴づけられる。また、図５に示されているように、前記ハウジング内の溝２４７もまた湾曲した横断部によって特徴づけられる。前記コンプライアントリング２７４の下端２７４Ｌの前記湾曲の半径は、好ましくは、前記溝２４７の横断部の前記湾曲の半径より小さくなるように選択される。この差は、前記コンプライアントリングが溝２４７内で（例えば図１１の（Ｂ）に示されているように）、固定することなく前後に傾斜するのを可能とする。前記コンプライアントリング２７４の上端２７４Ｕの前記横断部は、丸まった２つの角部２７４Ｃを備え、平らである。これら丸まった角部もまた、前記コンプライアントリングが、前記電極もしくはシムに接触して、固定することなく前後に傾斜するのを可能にする。一実施の形態において、前記溝２４７の横断部の前記湾曲の半径はほぼ０．０２インチに等しく、前記下端２７４Ｌの横断部の前記湾曲の半径はほぼ０．００７５インチに等しく、また、前記上端２７４Ｕの横断部の前記湾曲の半径はほぼ０．００５インチに等しい。前記コンプライアントリング２７４の前記下端及び上端２７４Ｌ，２７４Ｕは、どちらか一方が平らであるか、もしくは（図９の（Ｄ）に示された上端２７４Ｕの場合のように）、例えば両方が丸まった角部を備え、平らであることができることが理解される。この湾曲した横断面と丸まった角部は、前記コンプライアントリング２７４の性能を改善しているが、本発明の実施に必須ではない。別の実施の形態において、他の湾曲した横断部（例えば前記下端２７４Ｌの湾曲した横断部と類似した）を備えた上端２７４Ｕを提供することは効果的である。しかし、湾曲した上端及び下端を備えたコンプライアントリングを、一方で、このコンプライアントリングの厚さＴのディメンジョンを維持しながら製造することは難しい。
【００４８】
さらに別の実施の形態において、前記リングの変形が温度変化によって生じた幾何学的な構成の変化を補償するように、前記コンプライアントリングの輪郭を定めることは効果がある。このようなコンプライアントリングは、前記変換器アッセンブリの安定性を改善し得る。例えば、前記金属製のコンプライアントリングは、熱に反応して前記セラミック製の電極より早く膨張し、前記ダイアフラムと前記電極との間の軸方向距離をわずかに増加させるのに役立つ。しかし、前記コンプライアントリングが適切に輪郭を定められた場合、加熱もしくは冷却に反応して生じる前記リングの変形は、前記アッセンブリ内で膨張率を変えることから生じる空間的な変化を相殺することに役立ち得る。図９の（Ｅ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｄ―９Ｄに沿って切断されたこうしたコンプライアントリングの部分横断面図を示す。図９の（Ｅ）に示された実施例において、前記リングの下端は平らであり、前記リングの上端２７４Ｕは、テーパー状である。この上端２７４Ｕの横断部は、内側の平らな部分２７４Ａと外側の湾曲部分２７４Ｂとを有する。図９の（Ｆ）は、前記変換器アッセンブリを加熱することによって生じる変形（すなわち、図１１の（Ｂ）と関連して上に示された変形と類似した変形）の後の図７の（Ｅ）の前記コンプライアントリングを示し、図７の（Ｇ）は、前記変換器アッセンブリを冷却することによって生じる変形（すなわち、図１１の（Ｃ）と関連して上に示された変形と類似した変形）の後の図７の（Ｅ）の前記コンプライアントリングを示す。図９の（Ｅ）ないし（Ｇ）には示されていないが、使用時に、前記コンプライアントリングは、前記環状の支持肩部２４３と前記電極１３０との間に配置されていることが理解される。図９の（Ｆ）によって示されているように、前記変換器アッセンブリが加熱されたとき、前記電極１３０が前記平らな部分２７４Ａではなく前記湾曲部分２４７Ｂに載置されるのに役立ち、これが前記環状の支持肩部２４３と前記電極１３０との間で前記コンプライアントリングによって形成された空間を減じるように、前記コンプライアントリングは変形される。この空間の減少は、前記変換器アッセンブリの金属製の構成要素と前記セラミック製の電極との膨張率の差から生じる、前記ダイアフラムと前記電極との間の軸方向の距離の増加を相殺するのに役立つ。図９の（Ｇ）に示されているように、前記変換器アッセンブリが冷却されたとき、前記電極１３０が前記コンプライアントリングの上端の内側のエッジに載置され、前記コンプライアントリングの下端の外側のエッジが前記環状の支持肩部２４３と接触するように、このコンプライアントリングは変形される。このコンプライアントリングの変形は、前記支持肩部２４３と前記電極１３０との間で前記コンプライアントリングによって形成される空間を増加する傾向がある。この空間の増加は、前記変換器アッセンブリ内の膨張率の差から生じる前記ダイアフラムと前記電極との間の軸方向の距離の減少を相殺するのに役立つ。また、前記コンプライアントリングの上端もしくは下端は、前記変換器アッセンブリ内の熱膨張率の差によって生じる前記幾何学的構成における変化を相殺するように選択される他の断面形状を形成され得る。例えば、図９の（Ｄ）に示されている前記コンプライアントリング内の湾曲した前記下端と、図９の（Ｅ）に示されているテーパー状の前記上端とに対して効果がある。
【００４９】
図１３は、本発明に関して組立てられた他の組立て式の圧力変換器アッセンブリ３００の部分断面側面図を示す。図１４は、図１３に示された変換器アッセンブリ３００の部分断面分解図を示す。変換器アッセンブリ３００は、変換器アッセンブリ２００とかなり類似している。しかし、変換器アッセンブリ３００は、前記ハウジング２４０ではなくハウジング３４０を有する。また、変換器アッセンブリ３００は、独立コンプライアントリング２７４を有するのではなく、ハウジング３４０と一体的である一体型コンプライアントリング３４７を有する。アッセンブリ２００のハウジング２４０に付随しているように、ハウジング３４０は、垂直に延出した部分３４１と、水平に延出した部分３４２とを有する。
【００５０】
図１５（Ａ）は、ハウジング３４０の上面図を示し、図１５（Ｂ）は、図１５の（Ａ）に示されているように、線１５Ｂ―１５Ｂによって示された方向に切断されたハウジング３４０の断面図を示す。図１６は、図１２の（Ａ）に示されているように、線１６―１６によって示された方向に切断されたハウジングの一部分の部分断面拡大図を示す。
【００５１】
前記垂直に延出した部分３４１の上部は、段になっており、環状の支持肩部３４４を形成している。変換器アッセンブリ３００が組立てられたとき、前記上部カバー１５０の前記下面の外周は、支持肩部３４４に載置されている。
【００５２】
前記水平に延出した部分３４２は、中央のキャビティ３４５と環状の上面３４３とを形成している。環形状である一体型コンプライアントリング３４７は、前記水平に延出した部分３４２の前記上面３４３から延出もしくは突出している。変換器アッセンブリ３００が組立てられたとき、前記ハウジング３４０、前記ダイアフラム１２０、並びに前記下部カバー１６０は、前記ダイアフラム１２０の外周が前記ハウジング３４０の下面３４６と前記下部カバー１６０の前記上面１６６との間を閉じるように、互いに連結されている。
【００５３】
変換器アッセンブリ３００が組立てられたとき、前記ウェーブワッシャ１７０と前記力伝達部材１７２とは、前記ダイアフラム方へ前記電極１３０を押し下げる。前記一体型コンプライアントリング３４７の前記上端３４７Ｕは、前記電極１３０を指示し、前記電極１３０の前記ダイアフラム１２０の方への動きに抗する。前記電極３４０の前記面３４６は、前記一体型コンプライアントリング３４７の上端３４７Ｕに直接載置され得る。あるいはまた、シム１７４は、図１３及び１４に示されているように、電極１３０とコンプライアントリング３４７との間に配置され得る。図１６、１７の（Ａ）、並びに１７の（Ｂ）に示されているように、前記コンプライアントリングの前記上端３４７Ｕは、好ましくは、湾曲した断面によって特徴づけられる。
【００５４】
前記アッセンブリ３００の一体型コンプライアントリング３４７は、前記独立コンプライアントリング２７４が変換器アッセンブリ２００の電極を支持した形式と同様の形式で電極１３０を支持する。図１７の（Ａ）及び１３の（Ｂ）に示されているように、前記一体型コンプライアントリング３４７は、変換器アッセンブリ３００内で剪断力を誘発される温度に反応して前後に傾斜（もしくは変形）することができる。変換器アッセンブリ２００の前記独立コンプライアントリング２７４が前記ハウジング２４０から分離したり、載置されたりするのに対し、変換器アッセンブリ３００の前記一体型コンプライアントリング３４７は、ハウジング３４０の一体部分として形成されている。図１６、図１７の（Ａ）、並びに１７の（Ｂ）に示されているように、前記コンプライアントリング３４７の下端３４７Ｌは、前記ハウジング３４０の水平に延出した部分３４２に取着されて、この一体部分を形成している。前記水平に延出した部分３４２とコンプライアントリング３４７とは、好ましくは、単一のモノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）構造として形成されている。あるいはまた、コンプライアントリング３４７の下端は、前記水平に延出した部分３４２に（例えば、溶接もしくは接合によって）固定され得る。前記独立コンプライアントリング２７４は、この独立コンプライアントリング２７４の下端を前記ハウジングに固定することによって前記一体型コンプライアントリングへ実質的に変形することができる。
【００５５】
一実施の形態において、前記ハウジング３４０は、ステンレススチールもしくはインコネルで製造され、前記一体型コンプライアントリング３４７の外径Ｄは、ほぼ１．８インチに等しく、前記コンプライアントリング３４７の横断幅Ｗはは、ほぼ０.０１５に等しく、また、前記コンプライアントリング３４７の厚さＴは、ほぼ０．０８５に等しい。また、この実施の形態において、前記コンプライアントリング３４７の上面３４７Ｕの前記横断部は、ほぼ０．００７５インチに等しい湾曲の半径によって特徴づけられる。他の実施の形態において、前記上端３４７Ｕの横断部は、他の湾曲の半径によって特徴づけられることができ、平らである、すなわち前記コンプライアントリング２７４の上端の場合のように丸まった角部を備え、平らであることができる。
【００５６】
ここに含まれる本発明の技術的思想から逸脱することがなければ、上記装置において所定の変形がなされることができるので、上述もしくは図面に示された中に含まれるすべての方法は、説明するための意味であって、限定される意味で解釈されないことが意図される。一実施例のように、ここで説明されたすべての前記変換器アッセンブリは、前記ダイアフラムの方へ前記電極を押す力を発生させるためのウェーブワッシャ１７０を有する。他の実施の形態において、本発明に関して組立てられた変換器アッセンブリは、前記ウェーブワッシャが取外され、代わりに、前記ダイアフラムの方へ前記電極を押す力を発生させるための弾性部材、もしくは圧縮部材の他の形態を有する。さらにまた別の実施例のように、前記溝２４７は、変換器アッセンブリ２００のハウジング２４０から取外されることができる。この実施の形態において、前記独立コンプライアントリングは、ハウジング２４０の前記肩部２４３に、あるいはシムもしくは前記コンプライアントリングと前記ハウジングとの間に配置された他のスペーサーに直接載置されている。前記溝２４７は、前記独立コンプライアントリングを変換器アッセンブリ２００内の所望の位置に配置するのに効果がある。しかし、この溝の使用は、前記独立コンプライアントリング２４７の使用に必須ではない。さらにまた別の実施例のように、前記ハウジング２４０，３４０は、単一のモノリシック構造として形成されているように説明されている。しかし、これらハウジングは、（例えば溶接によって）互いに連結される２以上の異なる部品から形成されることができる。例えば、前記水平に延出した部分は、前記垂直に延出した部分から分離して形成されても良く、これら２つの部分は、前記ハウジングを形成するように互いに溶接されることができる。他の実施例のように、ここで説明されているすべての前記変換器アッセンブリは、円形の対象によって特徴づけられている。しかし、他の実施の形態において、前記コンプライアントリングは、非円形（例えば楕円）の形状を有する。非円形の対称によって特徴づけられたコンプライアントリングの横断幅Ｗは、このコンプライアントリングの外周と内周との間の半径の差であり、同様のことが、当然非円形の対称によって特徴づけられたコンプライアントリングにも当てはまる。また別の実施例のように、図１８の（Ａ）ないし（Ｆ）は、コンプライアントリングの様々な別の実施の形態のための横断面図を示す。図１８の（Ａ）は、平らな端と丸まった端とによって特徴づけられるコンプライアントリングのための横断部を示す。このようなコンプライアントリングは、図９の（Ｄ）、図１６、並びに図１７の（Ａ）及び（Ｂ）と関連して上述されている。図１８の（Ｂ）ないし（Ｆ）は、本発明に関して組立てられることができる独立及び一体型コンプライアントリングの他の実施の形態の横断部を示していることが理解される。さらに、図１８の（Ａ）ないし（Ｆ）は、単に例のために示されており、コンプライアントリングがさらに他の横断部の形状を有し、本発明関して組立てられることができることが理解される。
【００５７】
【発明の効果】
課題に対応させる
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来の組立て式の圧力変換器アッセンブリの部分断面図を示す。
【図２】 図２は、図１に示されている前記アッセンブリの分解された部分断面図を示す。
【図３】 図３の（Ａ）は、図１及び図２に示された前記アッセンブリのハウジングの上面図を示す。
図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）に示されているように線３Ｂ―３Ｂによって示された方向で切断されたハウジングの断面図を示す。
【図４】 図４の（Ａ）は、図１及び図２に示された前記アッセンブリの電極の側面図を示す。
図４の（Ｂ）は、図４の（Ａ）に示された線４Ｂ―４Ｂによって示された方向で切断された電極の底面図を示す。
【図５】 図５の（Ａ）は、図１及び図２に示された部材のシムのうちの１つの上面図を示す。
図５の（Ｂ）は、図５の（Ａ）に示されているように線５Ｂ―５Ｂによって示された方向で切断されたシムの断面図を示す。
図５の（Ｃ）は、図５の（Ａ）に示されたシムの斜視図を示す。
【図６】 図６は、本発明に関して組立てられた組立て式の圧力変換器アッセンブリの部分断面図を示す。
【図７】 図７は、図６に示された変換器アッセンブリの分解された部分断面図を示す。
【図８】 図８の（Ａ）は、図６及び図７に示された部材のハウジングの上面図を示す。
図８の（Ｂ）は、図８の（Ａ）に示されているように線８Ｂ―８Ｂによって示された方向で切断されたハウジングの断面図を示す。
【図９】 図９の（Ａ）は、図６及び図７に示されている部材の独立コンプライアントリングの上面図を示す。
図９の（Ｂ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｂ―９Ｂによって示された方向で切断された独立コンプライアントリングの断面図を示す。
図９の（Ｃ）は、図９の（Ａ）に示された独立コンプライアントリングの斜視図を示す。
図９の（Ｄ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｄ―９Ｄによって示された方向に切断された独立コンプライアントリングの部分拡大断面図を示す。
図９の（Ｅ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｄ―９Ｄによって示された方向に切断された独立コンプライアントリングの別の実施の形態の部分拡大断面図を示す。
【図１０】 図１０（Ａ）は、最初の温度で、ニュートラルの配置で構成された図１及び図２に示された従来技術の変換器アッセンブリの電極、シム、並びにハウジングの小さい部分の拡大図を示す。
図１０の（Ｂ）は、図１０の（Ａ）に示された前記アッセンブリを加熱することによって形成された構成を示す。
図１０の（Ｃ）は、図１０の（Ａ）に示された前記アッセンブリの構成の温度まで、図１０の（Ｂ）に示された前記アッセンブリを冷却することによって形成された構成を示す。
図１０の（Ｄ）は、図１０の（Ａ）に示された前記アッセンブリを冷却することによって形成された構成を示す。
図１０の（Ｅ）は、図１０の（Ａ）に示された前記アッセンブリの構成の温度まで図１０の（Ｄ）に示された前記アッセンブリを加熱することによって形成された構成を示す。
【図１１】 図１１の（Ａ）は、図６及び図７に示されている変換器アッセンブリの電極、シム、独立コンプライアントリング、並びにハウジングの小さい部分の拡大図を示す。
図１１の（Ｂ）及び（Ｃ）は、独立コンプライアントリングが、前記変換器アッセンブリ内で差動膨張を生じる温度に反応して、どのように前後に傾斜（もしくは変形）することができるのかを示している図１１の（Ａ）に示された構成要素の拡大図を示す。
【図１２】 図１２は、剪断力を生じる温度に反応して変形された本発明に係る独立コンプライアントリングの断面図を示す。
【図１３】 図１３は、本発明に関して組立てられた他の組立て式の圧力変換器アッセンブリの部分断面図を示す。
【図１４】 図１４は、図１３に示された変換器アッセンブリの分解された部分断面図を示す。
【図１５】 図１５の（Ａ）は、図１３及び図１４に示された変換器アッセンブリのハウジングの上面図を示す。
図１５の（Ｂ）は、図１５の（Ａ）に示されているように、線１５Ｂ―１５Ｂによって示された方向に切断されたハウジングの断面図を示す。
【図１６】 図１６は、図１２の（Ａ）に示されているように、線１６―１６によって示された方向に切断されたハウジングの一部分の部分断面拡大図を示す。
【図１７】 図１７（Ａ）は及び（Ｂ）は、本発明に関して組立てられた一体型コンプライアントリングが、前記変換器アッセンブリ内で剪断力を生じる温度に反応して、どのように変形することができるのかを示している図１５の（Ａ）、（Ｂ）及び図１６に示されたハウジングの一部分の部分断面拡大図を示す。
【図１８】 図１８の（Ａ）ないし（Ｆ）は、本発明に関して組立てられた独立及び一体型コンプライアントリングの様々な別の実施の形態の部分の横断面図を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量型圧力変換器に関する。特に、本発明は、容量型圧力変換器の電極を支持するための改良された装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、組立てられた従来の容量型圧力変換器アッセンブリ１００の部分的に切断された側面図を示す。図２は、変換器アッセンブリ１００の分解された部分的に切断された側面図を示す。図示の都合上、本発明を開示している他の図だけでなく、図１及び図２も一定の縮尺率で示されていない。また、影線が図面の理解を容易にするように用いられているが、この影線は、図面に示されている様々な構成要素が製造される材料を指し示すために用いられているのではない。
【０００３】
簡潔に言うと、変換器アッセンブリ１００は、内部キャビティを形成した本体部を有している。比較的薄く、可撓的で、伝導性のあるダイアフラム１２０は、前記内部キャビティをシールされた第１の内部チャンバ１１０とシールされた第２の内部チャンバ１１２に分割している。以下により詳細に記載されるように、ダイアフラム１２０は、チャンバ１１０,１１２内で前記圧力差に反応して曲がる、動く、もしくは変形するように装着されている。変換器アッセンブリ１００は、ダイアフラムのたわみ量を表すパラメータを提供し、したがって、このパラメータは、２つのチャンバ１１０，１１２の間の差圧を間接的に表している。この差圧を表している変換器１００によって提供されるパラメータは、ダイアフラム１２０とセラミック製の電極１３０上に配置された１以上のコンダクタとの間の電気容量である。
【０００４】
変換器アッセンブリ１００は、金属製のハウジング１４０と、金属製の上部カバー１５０と、金属製の底部カバー１６０とを有する。ハウジング１４０、上部カバー１５０、並びにダイアフラム１２０は、シールされた第１のチャンバ１１０を形成するように協働している。ダイアフラム１２０は底を形成し、ハウジング１４０は側壁を形成し、また上部カバー１５０はチャンバ１１０の上部を形成している。前記上部カバー１５０は、中央の貫通部を形成している金属製の圧力チューブ１５２を備えている。貫通部１５３は、チャンバ１１０への注入口、もしくは入口を形成している。以下に説明されるように、電極１３０は、チャンバ１１０内に囲繞され、電極１３０は、注入口１５３内の流体の圧力がダイアフラム１２０の上面へ伝達する、もしくは加わるのを妨げない。
【０００５】
前記下部カバー１６０及び前記ダイアフラム１２０は、シールされた前記第２の内部チャンバ１１２を形成するように協働している。ダイアフラム１２０は、チャンバ１１２の前記上部を形成し、下部カバー１６０は、チャンバ１１２の底部を形成している。また、下部カバー１６０は、中央の貫通部１６３を形成した金属製の圧力チューブ１６２を有する。貫通部１６３は、チャンバ１１２への注入口、すなわち入口を形成している。貫通部１６３内の流体の圧力は、ダイアフラム１２０の底面へ伝達する。
【０００６】
電極１３０は、この電極１３０の底面１３３上に配置された２つの金属製のコンダクタ１３１，１３２を有する。コンダクタ１３１とダイアフラム１２０は、第１のコンデンサＣ１の平行板を形成している。同様に、コンダクタ１３２とダイアフラム１２０は、第２のコンデンサＣ２の平行板を形成している。良く知られているように、Ｃ＝Ａεｒε０／ｄであり、Ｃは２つの平行板の間の容量、Ａは板間の共通の領域、ε０は真空の誘電率、εｒは板を隔てる物質の比誘電率（真空のときεｒ＝１）、そして、ｄは板間の軸方向距離（すなわち、軸に沿って通常板とつり合わされた板間の距離）である。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供される容量は、ダイアフラム１２０とコンデンサ１３１，１３２とのそれぞれの間の距離の関数である。ダイアフラム１２０が、チャンバ１１０，１１２間の圧力差の変化に反応して、上下に動く、すなわち曲がるに従って、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供される容量もまた変化する。時のあらゆる瞬間で、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供される容量がチャンバ１１０，１１２間の瞬間の差圧を表している。公知の電気回路（例えば、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供された容量の関数である共振周波数によって特徴づけられる“タンク（ｔａｎｋ）”回路）は、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供された容量を測定するように、また、差圧の電気信号表示を提供するように用いられる。
【０００７】
変換器アッセンブリ１００の所定の機械的な詳細が説明される。図３の（Ａ）は、ハウジング１４０の上面を示し、図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）に示されているように線３Ｂ―３Ｂで示される方向に切断されたハウジング１４０の断面図を示している。図２、図３の（Ａ）、並びに図３の（Ｂ）を参照すると、ハウジング１４０は、チューブ上の構造を有することが見られることができ、ハウジング１４０の壁は、通常、Ｌ字形状である。このＬ字形状のハウジング１４０の壁は、垂直に延出した部分１４１（Ｌ字の形状の垂直部分を形成している）と、水平に延出した部分１４２（Ｌ字の形状の水平部分を形成している）とを有する。この水平に延出した部分１４２は、第１の支持肩部として作用する環状の上面１４３を形成している。垂直に延出した部分１４１の上面は、ハウジング１４０も第２の環状の支持肩部１４４を形成するように、段になっている。ハウジング１４０も、中央の貫通部、すなわち通過穴１４５と、環状の支持底面１４６を形成している。
【０００８】
再び、図１及び図２を参照すると、上部カバー１５０は、円形である。変換器１００が組立てられたとき、上部カバー１５０の下面の外周は、ハウジング１４０の第２の支持肩部１４４上に載置されている。この上部カバー１５０とハウジング１４４は、２つの部品間で空気密封シールを形成するように、（通常は、溶接によって）連結されている。
【０００９】
また、底部カバー１６０も円形である。底部カバー１６０は、この底部カバー１６０の外周に延出した環状の上部表面１６６を形成している。ハウジング１４０、ダイアフラム１２０、並びに底部カバー１６０は、（１）ダイアフラムの外周が、ハウジング１４０の底面１４６と、底部カバー１６０の上面１６６との間で閉じられるように、（２）空気密閉シールが、ダイアフラム１２０と底部カバー１６０との間に形成されて、内部チャンバ１１２をシールするように、（３）空気密閉シールが、ダイアフラム１２０とハウジング１４０との間に形成されて、内部チャンバ１１０をシールするように、（通常、溶接によって）互いに連結されている。
【００１０】
電極１３０は、凹凸があり、固く、電気絶縁体（もしくは非伝導性）の材料で製造される。通常、電極１３０は、アルミナもしくはフォスタライト（Ｆｏｓｔｅｒｉｔｅ）などのセラミックで製造される。電極１３０は、通常、シリンダ状の形状を有する。図４の（Ａ）は、電極１３０の側面図を示している。図４の（Ｂ）は、図４（Ａ）に示されているように、矢印４Ｂ―４Ｂによって示されている方向に切断された電極の底面図を示している。電極１３０は、比較的厚さが薄いシリンダ状の外部セクション１３４と、厚いシリンダ状の中央セクション１３５とを有する。
【００１１】
外側セクション１３４は、前記電極１３０の外周に延出している環状の底面、もしくは肩部１３６を備えている。前記中央セクション１３５は、円形の平面の底面１３３を有し、２つのコンダクタ１３１，１３２は、この底面１３３に配置されている。図１、図２、及び図４の（Ａ）に示されているように、コンダクタ１３１は、めっきされた通過穴を通って延出し、電極１３０の上面と接続する部分１３１Ａを有する。同様に、コンダクタ１３２は、他のめっきされた通過穴を通って延出し、電極１３０の上面と接続する部分１３２Ａを有する。電極１３０は、コンダクタ１３１，１３２とダイアフラム１２０との間のスペースが比較的小さくなるように（例えば、０．００６インチのオーダー）、通常、チャンバ１１０内に位置されている。また、前記電極１３０は、チャンバ１１０，１１２内の圧力が等しいとき、コンダクタ１３１，１３２が、前記ダイアフラム１２０によって形成された平面と平行となる平面内に配置されている。
【００１２】
貫通部、すなわち通過穴１３７は、２つのコンダクタ１３１，１３２の間の位置で、電極１３０の中央部分１３５を貫通して延出している。貫通部１３７は、注入口１５３内の流体の圧力がダイアフラムの上面に加えられるのを可能とする。
【００１３】
ハウジング１４０は、前記チャンバ１１０内で電極１３０を支持している。前記電極１３０の底面の肩部１３６は、ハウジング１４０の水平に延出した部分１４２によって形成された肩部１４３に、実質的に載置されている。
【００１４】
また、変換器アッセンブリ１００は、ウェーブワッシャ１７０（すなわち、前記リングの平面に垂直な方向で１以上の面に曲げられている金属製で環状のワッシャ）と、力伝達部材１７２とを有し、この力伝達部材１７２は、約１００ないし２００ポンドの力を生じるように十分に圧縮されている。この力は、前記伝達部材１７２を解して、前記電極１３０に伝達され、前記ダイアフラム１２０の方へ電極を押し下げる。前記ハウジング１４０の肩部１４３は、前記電極１３０を支持し、この電極１３０の前記ダイアフラム１２０の方への動きに抗する。前記ウェーブワッシャによって生じた大きな力は、電極をハウジングの方へ押して、このハウジング１４０に関する平面に前記電極１３０をしっかりと保持する。
【００１５】
通常の動作状態の間、前記ダイアフラムは、チャンバ１１０，１１２内を動くか、もしくは曲がり、電極１３０と接触しない。しかし、チャンバ１１２内の圧力が過度に高くなると、前記ダイアフラムは、電極１３０に接触して押す。この状態は、通常“圧力過剰状態”として説明される。圧縮されたウェーブワッシャ１７０によって生じる比較的大きいばねの力は、圧力過剰状態の間、電極が動くこと、すなわち不安定になることを防止する。また、変換器アッセンブリ１００は、前記電極の底面に１３６とハウジング１４０の肩部１４３との間、及び前記電極１３０の上面と前記伝達部材１７２との間に配置されている１以上のシム（ｓｈｉｍ）１７４を有する。これらのシムは、通常、コンダクタ１３１，１３２とダイアフラム１２０との間のスペースに隣接するように設けられている。図５の（Ａ）は、前記シム１７４の１つの上面図を示している。図５の（Ｂ）は、図５の（Ａ）に示されているように、線５Ｂ―５Ｂによって示されている方向に切断されたシム１７４の断面図を示している。図５の（Ｃ）は、このシム１７４の斜視図である。知られているように、このシム１７４は、比較的厚さの薄い環状（もしくは、“フラットワッシャ”）の形状によって特徴づけられる。シム１７４は、さらに以下のパラメータによって特徴づけられる。すなわち、外径Ｄ、厚さＴ、並びに横断面の幅Ｗである。シム１７４の場合、横断幅Ｗは、直径Ｒ１（すなわち、シムの中心と外周との間の距離）と、直径Ｒ２（すなわち、シムの中心と内周との間の距離）との間の距離に等しい。典型的な従来技術のシムは、１．８インチに相当する外径Ｄ、０．００６インチに相当する厚さＴ、並びに０．０８インチに相当する横断幅Ｗを有する。
【００１６】
再び、図１及び図２を参照すると、変換器アッセンブリ１００は、また、２つの伝導性のピン１８０，１８２と、２つの伝導性のばね１８４，１８６とを有する。これら伝導性のピン１８０，１８２は、上部カバー１５０を貫通して延出し、このカバー１５０から絶縁ばね１８７，１８８（例えば、溶融ガラス製のプラグ）によって、それぞれ電気的に絶縁されている。前記伝導性のばね１８４の一端は、コンダクタ１３１Ａに物理的及び電気的に接している（したがって、電気的にコンダクタ１３１と結合している）。前記伝導性のばね１８４の他端は、ピン１８０に機械的及び電気的に接続されている。同様に、前記伝導性のばね１８６の一端は、コンダクタ１３２Ａに物理的及び電気的に接している（したがって、電気的にコンダクタ１３２と結合している）。前記伝導性のばね１８６の他端は、ピン１８２に機械的及び電気的に接続されている。この配置は、変換器アッセンブリ１００の外側の外部回路がコンダクタ１３１（ピン１８０とばね１８４を介して），１３２（ピン１８２とばね１８６を介して）と電気的に結合することを可能とする。ダイアフラム１２０とハウジング１４０とは、両方伝導性であるので（また、これらは互いに溶接されているので）、外部回路は、ハウジング１４０と結合することによって、単にダイアフラム１２０と電気的に結合しても良い。実際には、変換器１００の本体部は、通常、接地されており（これによってダイアフラム１２０を接地する）、したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２によって提供される容量は、測定する外部回路をピン１８０，１８２と電気的に結合することによって、単に測定されて良い。
【００１７】
動作中、変換器アッセンブリ１００は、通常、絶対圧力変換器として用いられる。この形態において、チャンバ１１０は、通常、圧力チューブ１５２に真空ポンプ（図示されていない）を適用することによってはじめて吸い出される。チャンバ１１０が空にされた後、チューブ１５２は、チャンバ１１０内の真空を保つようにシール、すなわち“締め付けられる”。流体の圧力の測定を可能とするように、流体の供給源（図示されていない）に接続される。これは、チャンバ１１０内の“対照”圧力（“ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ” ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を発生させる。真空は、便利な対照圧力であるが、他の対照圧力が用いられることができる。この対照圧力がチャンバ１１０内に導入された後、前記圧力チューブ１６２は、流体の圧力の測定を可能とするように、流体の供給源（図示されていない）に接続される。この形式で圧力チューブを結合することは、圧力が測定される流体をチャンバ１１２へ（及びダイアフラム１２０の底面へ）搬送する。ダイアフラム１２０の中心は、チャンバ１１０，１１２間の差圧に反応して、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を変化するように、上方もしくは下方へ動く、すなわち曲がる。コンデンサＣ１，Ｃ２の瞬間の容量は、ダイアフラム１２０の位置を表し、変換器アッセンブリ１００は、チャンバ１００内の既知の圧力に対するチャンバ１１２内の圧力の測定を可能にする。
【００１８】
また、変換器アッセンブリ１００は、当然差圧変換器として用いられることもできる。この形態の場合、圧力チューブ１５２は、第１の流体の供給源（図示されていない）に接続され、圧力チューブ１６２は、第２の流体の供給源（図示されていない）に接続されている。そして、変換器アッセンブリ１００は、これら２つの流体の圧力間の差の測定を可能にする。
【００１９】
変換器アッセンブリ１００が適切に動作するように、部材の様々な構成要素間、特にダイアフラム１２０とコンダクタ１３１,１３２の間の安定した幾何学的な関係を維持することが重要である。変換器アッセンブリ１００の動作中、ダイアフラム１２０は、当然（差圧の変化に反応して）上下に動き、ダイアフラム１２０とコンダクタとの間のスペースを変化させる。しかし、変換器アッセンブリ１００が正確な示度を一貫して提供するように、前記ダイアフラム１２０と前記コンダクタ１３１,１３２との間の幾何学的な関係が、あらゆる特定な差圧に対して長期間にわたり一定であるのを確実にすることが重要である。また、多くの変換器アッセンブリを製造するとき、各部材において、同じ幾何学的関係を提供することが重要である。例によって、この幾何学的関係の重要な特性は、（１）あらゆる特定の圧力に対するコンダクタとダイアフラムとの間の軸方向距離、（２）電極１３０の形状（例えば、電極１３０の傾斜もしくはたわみがダイアフラムとコンダクタとの間の空間的な関係に影響する）、並びにダイアフラムの張力量である。説明の簡便のために、前記変換器アッセンブリの様々な部品の間の幾何学的な関係は、ここでは単に“幾何学的な構成”として説明される。従来技術の変換器アッセンブリ１００に付随する１つの問題は、安定した幾何学的な構成を維持している。
【００２０】
従来技術の変換器アッセンブリは、本質的に、安定した必要な幾何学的な構成を維持するシム１７４とウェーブワッシャ１７０に依存している。シム１７４は、前記部材１００が組立てられるときに、前記ダイアフラム１２０と前記コンダクタとの間の距離を調整もしくは調節して用いられ、前記ウェーブワッシャ１７０によって発生された大きな力は、固定位置に電極１３０を保持して、これによって、一定の幾何学的構成を維持しようとしている。
【００２１】
変換器アッセンブリ１００は、電極１３０をしっかりと保持しているが、幾何学的な構成は、例えば温度変化に反応して長時間かけて少しずつ変えることができる。金属製のハウジング１４０の温度膨張係数は、典型的には、セラミック製の電極１３０の温度膨張係数より大きい。したがって、変換器アッセンブリを加熱もしくは冷却することは、幾何学的な構成に影響する部材内の剪断力を発生することができる。機械的な応力は、加熱もしくは冷却することに反応して部材内で生じることができ、この応力が十分に大きくなるとき、前記電極と前記ハウジングは、応力を解放するように他方に対して相対的に動く。この種の動きは、ときどき、“スティックスリップ（ｓｔｉｃｋ−ｓｌｉｐ）”、もしくは“機械的ヒステリシス”として説明される。これらスティックスリップの動きは、前記幾何学的な構成に影響し、前記変換器アッセンブリ１００の正確性に逆に作用する。
【００２２】
変換器アッセンブリ１００の性能は、少なくとも２つのパラメータによって特徴づけられる。第１のパラメータは、“安定性”であり、第２のパラメータは、“復元可能性”である。前記変換器アッセンブリ１００の幾何学的な構成が加熱、もしくは冷却するのに反応して長時間で変化することができるので、前記変換器アッセンブリ１００は、“安定性”を欠きやすい。加熱することと冷却することとの両方は、幾何学的な構成において変化を生じる。しかし、加熱サイクルと冷却サイクルとは、一般に幾何学的構成において、一致する再現可能な変化を提供しない。例えば、最初の幾何学的な構成によって特徴づけられ、最初の温度である変換器アッセンブリが、幾何学的な構成において変化を生じるように十分に加熱された場合、幾何学的な構成は、一般に元の構成には戻らない。むしろ、前記部材が、通常、新たな幾何学的構成によって特徴づけられる。言い換えれば、温度変化によって生じる幾何学的な構成におけるバリエーションは、機械的ヒステリシスによって特徴づけられる。この機械的ヒステリシスは、一般に、摩擦のような非保存的な影響によって生じる。前記幾何学的な構成のように、このヒステリシスによって特徴づけられ、前記変換器アッセンブリは、比較的“復元可能性”を欠く。
【００２３】
米国特許第５，２７１，２７７号は、長時間にわたって、コンダクタとダイアフラムとの間の安定した幾何学的関係を維持しようとする１つの装置が開示されている。この特許の図１ないし４によって示されているように、この装置において、電極は、環状の支持部材を介してハウジングに接続されている。この環状の支持部材の一端は、ハウジングの可撓的な部分に溶接されている。前記環状の支持部材の他端は、材料を接合するガラスのフリート（ｆｒｅｔｅ）などによって、電極に接続されている。ハウジングに接してしっかりと押すような大きいばね力（例えば、ウェーブワッシャによって発生されるような）を用いるよりもむしろ、この装置は、ハウジングから電極を隔離する環状の支持部材を用いている。実際、この環状の支持部材は、電極のための唯一の支持部を提供している。この装置は、ハウジング内で生じた温度膨張力の一部から電極を隔離するのに役立つ。しかし、この装置は、組立てるのが複雑で、強さに欠ける。この装置に付随する少なくとも１つの問題は、前記環状の支持部材と前記電極との間のガラスフリート接合に関する。このような接合は、組立てることが難しく、また、比較的壊れやすい。
【００２４】
米国特許第４，８２３，６０３号は、長時間にわたって安定した幾何学的関係を維持するための他の装置を開示している。この特許の図１０ないし１５によって示されているように、この装置において、回転ベアリングが、電極とハウジングの間に配置されている。ばね力は、前記電極をダイアフラムと直角な方向に動くのを防止するように用いられ、前記回転ベアリングは、前記ダイアフラムと平行な方向に動くのを可能とする。この回転ベアリングによって可能となる動きは、熱応力が前記電極を曲げること、すなわち“スティックスリップ”型の動きを生じることを防止する。この装置において、大きいばね力を用いることは難しく、したがって、典型的には、比較的小さなばね力が用いられる。この小さいばね力は、前記装置が、かなり大きい圧力過剰な状態に耐えることを不可能にする。すなわち、比較的大きな圧力過剰状態は、電極を押しのけられ得、これによって前記幾何学的な構成を変え得る。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記改良された電極のための支持部を備えた圧力変換器アッセンブリを提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧力変換器アッセンブリにおいて、改良された電極のための支持部が定められている。本発明に関して組立てられた変換器アッセンブリは、改良された安定性及び復元可能性によって特徴づけられ、また、圧力過剰状態に対する高度の耐久性を提供する。
【００２７】
一態様において、前記改良された電極のための支持部は、環状によって特徴づけられ、かつ２以上の縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）を備えた独立コンプライアントリングを有する。この変換器アッセンブリのハウジングは、前記コンプライアントリングの下端に位置するための環状の溝を有して良い。
【００２８】
他の態様において、前記改良された支持部は、変換器アッセンブリのハウジングの一体部分として形成された環状の一体的なコンプライアントリングを有する。本発明に関して組立てられた一変換器アッセンブリは、本体部、ダイアフラム、絶縁部材、コンダクタ、圧縮部材、並びに支持部材を有する。前記本体部は、内部キャビティを形成している。前記ダイアフラムは、前記本体部内に設けられ、前記内部キャビティを第１のチャンバと第２のチャンバとに分割する。前記ダイアフラムの一部分は、第２のチャンバ内の圧力より大きい第１のチャンバ内の圧力に反応して、第１の方向に動く。前記コンダクタは、前記絶縁部材上に設けられている。この絶縁部材は、前記コンダクタと前記ダイアフラムがコンデンサの板を形成するように、第１のチャンバ内に配置されている。前記圧縮部材は、第１のチャンバ内に配置され、前記絶縁部材を前記ダイアフラムの方へ偏らせる力を生じる。前記支持部材は、前記ダイアフラムと前記絶縁部材との間に配置されている。前記支持部材は、所定の厚さと所定の横断幅によって特徴づけられる。この横断幅に対する厚さの比は、２より大きい。
【００２９】
本発明のさらにまた別の目的及び効果は、いくつかの実施の形態が、本発明の最も良い状態の図示のみによって示され、また、記載された以下の詳細な説明から、当分野における通常の知識を有する者に容易に明らかとなる。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、そのいくつかの細部は、本発明から離れることが無ければ、すべて、あらゆる点で変更ができる。したがって、図面及び説明は、請求の範囲に明示された技術的思想の範囲で、ほとんど説明に関するものであり、制限、もしくは限定する意味では無い。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴及び目的のより十分な理解のために、同じ参照符号が、同じ、もしくは類似の部品を指し示すのに用いられている図面と関連付けられた以下の詳細な記載が参照される。
【００３１】
図６は、本発明に関して組立てられた組立て式の圧力変換器アッセンブリの部分断面側面図を示す。図７は、変換器アッセンブリ２００の分解された部分断面図を示す。以下に詳細に説明されているように、変換器アッセンブリ２００は、独立コンプライアントリング２７４と改良されたハウジング２４０とを含む。これらコンプライアントリング２７４とハウジング２４０は、電極１３０のための改良された支持部を協働的に提供している。
【００３２】
従来技術の変換器アッセンブリ１００に付随しているように、アッセンブリ２００は、内部キャビティを形成し、この内部キャビティ内に配置されたダイアフラム１２０を有する。このダイアフラム１２０は、前記内部キャビティをシールされた第１の内部チャンバ１１０とシールされた第２の内部チャンバ１１２に分割している。ハウジング２４０、上部カバー１５０、並びにダイアフラム１２０は、前記第１のチャンバ１１０を形成するように協働している。ダイアフラム１２０と底部カバー１６０は、前記第２のチャンバを形成している。
【００３３】
図８の（Ａ）は、改良されたハウジング２４０の上面図を示す。図８の（Ｂ）は、図８の（Ａ）に示されているように線８Ｂ―８Ｂによって示された方向で切断されたハウジングの断面図を示す。図６、７、８の（Ａ）、並びに８の（Ｂ）を参照すると、改良されたハウジング２４０は、従来技術のハウジング１４０に対するいくつかの類似性を有する。すなわち、ハウジング２４０は、チューブ状の外形を有し、このハウジング２４０の壁は、Ｌ字形状である。このハウジング２４０のＬ字形状の壁は、垂直に延出した部分２４１と水平に延出した部分２４２とを有する。この水平に延出した部分２４２の上面２４３は、第１の環状の支持肩部を形成している。前記垂直に延出した部分の上面は、段がつけられて、第２の環状の支持肩部２４４を形成している。また、ハウジング２４０は、中央のキャビティ２４５を形成している。従来技術のハウジング１４０とは異なり、前記ハウジング２４０の第１の支持肩部は、環状の溝２４７を形成している。ハウジング２４０は、金属製であり、好ましくはステンレススチールもしくはインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）から形成されている。
【００３４】
変換器アッセンブリ２００が組立てられたとき、前記上部カバー１５０の下面の外周は、前記ハウジング２４０の第２の支持肩部２４４に載置されている。前記上部カバー１５０は、空気密閉シールを形成するように、前記ハウジング２４０と（通常、溶接によって）連結されている。また、変換器が組立てられたとき、前記ハウジング２４０、ダイアフラム１２０、並びに下部カバー１６０は、（１）前記ダイアフラム１２０の外周が、ハウジング１４０の底面２４６と、底部カバー１６０の上面１６６との間で閉じられるように、（２）空気密閉シールが、ダイアフラム１２０と底部カバー１６０との間に形成されて、内部チャンバ１１２をシールするように、（３）空気密閉シールが、ダイアフラム１２０とハウジング２４０との間に形成されて、内部チャンバ１１０をシールするように、（通常、溶接によって）互いに連結されている。
従来技術のアッセンブリ１００に付随しているように、アッセンブリ２００は、ウエーブワッシャ１７０と力伝達部材１７２を備えている。ウエーブワッシャ１７０と力伝達部材１７２は、ウエーブワッシャ１７０によって生成された圧縮力が、電極１３０をダイアフラム１２０に向けて下方に偏移するように、上部カバー１５０と電極１３０の間に配置されている。１つ以上のシム１７４が、力伝達部材１７２と電極１３０の上面にもうけられても良い。
【００３５】
上述したように、変換器アッセンブリ２００もまた、独立コンプライアントリング２７４を有する、図９の（Ａ）は、独立コンプライアントリング２７４の上面図を示す。図９の（Ｂ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｂ―９Ｂによって示された方向で切断された独立コンプライアントリング２７４の断面図を示す。図９の（Ｃ）は、コンプライアントリング２７４の斜視図を示す。図９の（Ｄ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｄ―９Ｄによって示された方向に切断された独立コンプライアントリングの部分拡大断面図を示す。コンプライアントリング２７４は、環形状と以下のパラメータによって特徴づけられる。すなわち、外径Ｄ、厚さＴ、並びに横断幅Wである。この横断幅Ｗは、半径Ｒ１（すなわち、前記コンプラアントリングの外周と中心との間の距離）と半径Ｒ２（すなわち、前記コンプラアントリングの内周と中心との間の距離）との間の差に相当する。コンプライアントリングの一実施の形態は、ステンレススチールで製造され、外径Ｄが約１．８インチ、厚さＴが約０．０５インチ、並びに横断幅Ｗが約０．０１５インチに相当することによって特徴づけられる。
【００３６】
図６、７、９の（Ａ）、９の（Ｂ）、９の（Ｃ）、並びに９の（Ｄ）を参照すると、コンプライアントリング２７４が、改良されたハウジング２４０と電極１３０との間に配置されているのが見られることができる。より特定的には、コンプライアントリング２７４の下端２７４Ｌは、ハウジング２４０の溝２４７内に載置されている。コンプライアントリング２７４の上端２７４Ｕは、電極１３０を支持している。この電極１３０の表面は、前記コンプライアントリング２７４の上端２７４Ｕに直接載置されることができる。あるいはまた、図６及び７に示されているように、１以上のシム１７４は、コンプライアントリング２７４の上端２７４Ｕと前記電極の下面１３６との間に配置されることができる。前記コンプライアントリング２７４は、ダイアフラム１２０の方への電極１３０の動きに抗する。前記ウェーブワッシャ１７０と前記コンプライアントリング２７４は、ハウジング２４０内に静止した位置で電極１３０を保持するように協働する。従来技術にあるように、前記電極と前記ハウジングとの間で唯一の支持部が提供された前記シム１７４は、本発明に関して製造されている改良された変換器アッセンブリにおいて、コンプライアントリングが前記ハウジングと前記電極との間に配置されている。
【００３７】
以下にさらに説明されているように、コンプライアントリング２７４は、従来技術のシム１７４に係る課題を解決する。図１０の（Ａ）ないし（Ｅ）は、従来技術のシム１７４に係る課題を示している。図１０の（Ａ）は、電極１３０とハウジング１４０との間に配置されたシム１７４を有する従来技術の構成の拡大図を示す。三角部８１０は、電極１３０上の指示ポイントを指定し、三角部８１２は、肩部１４３上の対応する支持ポイントを指定している。図８に示された構成は、前記三角部８１０，８１２によって指定された２つの指示ポイントが、互いに及び前記力伝達部材１７２に対して直線をなしているので、“ニュートラルの構成”と見なされる。図８の（Ａ）は、元の温度で変換器アッセンブリ１００の構成を表わしているように見なされることができる。
【００３８】
前記金属製のハウジング１４０の温度膨張係数は、典型的に、前記電極１３０の温度膨張係数より大きいので、前記変換器アッセンブリの加熱もしくは冷却は、前記ハウジング、シム、並びに電極に相対的な摺動もしくは滑動を発生させ、これによって前記ニュートラルの構成から移動させる。前記シム１７４と前記電極１３０との間の摩擦、及び前記シム１７４と前記ハウジング１４０との間の摩擦は、この摺動しようとするのに抗する。しかし、前記アッセンブリの十分な加熱もしくは冷却によって、温度的に誘発される剪断力は、摩擦抵抗を超えることがある。この剪断力が摩擦抵抗を超えるとき、前記電極、シム、並びにハウジングは、相対的に、新たな位置まで摺動し、これによって剪断力を解放する。図１０の（Ｂ）は、前記電極、シム、並びにハウジングが相対的に摺動するまで、図１０の（Ａ）に示された構成要素を加熱することによって形成された構成を示す。図１０の（Ｂ）に示されているように、三角部８１０，８１２によって指定された指示ポイントは、もはや互いに及び前記力伝達部材１７２に対して直線をなしていない。
【００３９】
そして、図１０の（Ｂ）に示されている構成にある変換器アッセンブリが、元の温度（すなわち、図１０の（Ａ）に示された前記アッセンブリの温度）まで冷却された場合、温度収縮率の相違は、前記ハウジングと電極をこれらの元の構成まで戻そうとする剪断力を発生する。しかし、摩擦は、この動きに抵抗しようとし、前記アッセンブリを前記ニュートラルの構成へ向かう行程の一部分を、通常わずかに戻させる。図１０の（Ｃ）は、元の温度（すなわち、図１０の（Ａ）に示されたアッセンブリの温度）まで、図１０の（Ｂ）に示された部材を冷却することによって生じる構成を示す。図１０の（Ｃ）に示されているように、元の温度まで冷却した後、前記電極１３０と前記ハウジング１４０は、通常前記ニュートラルの構成には戻らず、あるいはまた、前記ハウジング１４０は、前記ニュートラルの構成の“外側”にある（三角部８１２で表示された前記指示ポイントで測定された前記ハウジングの１４０の径が、前記アッセンブリがニュートラルの構成にあるときに同じ指示ポイントで測定された径より大きいので、前記ハウジング１４０は、前記ニュートラルの構成の“外側”にあると呼ばれる）。
【００４０】
図１０の（Ａ）、１０の（Ｂ）、並びに１０の（Ｃ）は、前記変換器アッセンブリを加熱し、次に前記元の温度までこのアッセンブリを冷却した結果を示す。同様に、図１０の（Ａ）、１０の（Ｄ）、並びに１０の（Ｅ）は、前記変換器アッセンブリを冷却し、次に前記元の温度までこのアッセンブリを加熱した結果を示す。図１０の（Ｄ）は、図１０の（Ａ）で述べたアッセンブリを前記ハウジング及び電極が前記ニュートラルの構成から動くまで冷却した結果を示す。図１０の（Ｅ）は、図１０の（Ｄ）で述べた前記アッセンブリを前記元の温度に戻るまで加熱した結果を示す。図１０の（Ｅ）に示されているように、この加熱で続けられた冷却の温度サイクルの終端で、前記アッセンブリは、前記ニュートラルの構成まで戻っていない。むしろ、前記ハウジング１４０は、前記ニュートラルの構成の“内側”にある。
【００４１】
理想的には、冷却で次に続けられる加熱の温度サイクル、もしくは加熱で次に続けられる温度サイクルの後、ひとたび前記変換器アッセンブリが元の温度に戻れば、この変換器アッセンブリは、前記元の幾何学的な構成に戻る。このような理想的なアッセンブリは、良好な復元可能性によって特徴づけられる。このような温度サイクルの終端で前記元の幾何学的な構成に戻ることができないのは、前記従来技術の変換器アッセンブリの性能に逆に影響を及ぼす。図１０の（Ａ）ないし（Ｅ）に関連して上述された温度的に誘発された剪断力によって生じる前記スティックスリップの動きは、従来技術の変換器アッセンブリが温度サイクル後に元の構成に戻らないという主要な理由である。
【００４２】
図１１の（Ａ）、１１の（Ｂ）、並びに１１の（Ｃ）は、コンプライアントリング２７４が電極１３０に対して改良された支持部をどのように提供するかを示している。図１１の（Ａ）は、コンプライアントリングの一部の拡大図を示している。図示されているように、前記コンプライアントリング２７４は、ハウジング２４０とシム１７４の間に配置され、前記電極１３０は、シム１７４上に配置されている。前記力伝達部材１７２は、電極１３０の上方に配置され、この電極をハウジング２４０の方へ押し下げている。好ましくは、前記力伝達部材は、図１１の（Ａ）に示されているように、前記コンプライアントリングと一直線上にある。図１１の（Ｂ）及び１１の（Ｃ）に示されているように、前記コンプライアントリングは、前後に曲がることができ（もしくは変形することができ）、したがって、前記変換器アッセンブリ２００を加熱もしくは冷却することによって発生された剪断力に反応して、電極１３０が前記ハウジングに対して動くことを可能にする。コンプライアントリング２７４が曲がるにしたがって、すべての接触面は、安定した接触のままであり、他に対して摺動しようとしない。前記コンプライアントリング２７４が曲がるにしたがって、これは、コンプライアントリング２７４の下端２７４Ｌが前記ハウジング２４０の溝２７４に対して摺動しようとしないで、あるいはまた、この溝にしっかりと接触しているということである。同様に、前記コンプライアントリング２７４が曲がるにしたがって、前記コンプライアントリング２７４の上端２７４Ｕは，シム１７４に対して（もしくはこのシム１７４が外れた場合、電極１３０の表面１３６に対して）摺動しようとせず、かわりに、このシムとしっかりと接触している。
【００４３】
従来技術において、温度的に誘発される剪断力は、前記電極、シム、並びにハウジングを互いに摺動させていた。従来技術とは対照的に、本発明に関して構成された変換器アッセンブリにおいて、温度的に誘発される剪断力は、前記コンプライアントリングを変形させる。この変形は、差動温度膨張がいかなる滑動も無く吸収されることを可能とする。また、前記コンプライアントリングの変形は、反復可能であるのに役立つ（すなわち、これらは、機械的ヒステリシスによって特徴づけられない）。したがって、本発明に関してコンプライアントリングと組立てられた変換器アッセンブリは、良好な復元可能性を提供し、前記温度サイクルの終端で、これらのもとの構成へ戻すのに役立つ。さらに、前記コンプライアントリングの変形は、幾何学的な構成において、ほんの小さな変化を提供し、これによって本発明に関してこのコンプライアントリングとともに組立てられた変換器アッセンブリは、良好な安定性をも提供する。また、電極１３０に押し当てるウェーブワッシャ１７０によって提供された大きい力は、変換器アッセンブリ２００を大きい過剰圧力状態に対し無反応にさせる。したがって、変換器アッセンブリ２００は、（１）改善された復元可能性、（２）改善された安定性、並びに（３）大きな過剰圧力状態に対する無反応性を提供する。この特徴の組み合わせは、従来技術の変換器アッセンブリによって提供されていない。
【００４４】
図１２は、変換器アッセンブリ２００内に生じた剪断力を誘発される温度に反応して変形したコンプライアントリング２７４の断面図を示す。図示されているように、前記コンプライアントリング２７４が変形されたとき、前記コンプライアントリング２７４の下端の外径ＬＤは、このコンプライアントリング２７４の上端の外径ＵＤより大きくなる。このコンプライアントリング２７４は、例えば変換器アッセンブリ２００を冷却することに反応して、（前記上端の径ＵＤが前記下端の径ＬＤより大きくなるように）当然反対の方向に変形することができる。このコンプライアントリング２７４は、好ましくは、これら異なる径に変形、すなわち弾性的に曲がって、弾性的に元のリング状の形状（例えば図９の（Ａ）ないし（Ｄ））まで復元することができる金属で製造されている。好ましくは、前記上端もしくは下端の外径（すなわち、図１２に示されているようにＵＤもしくはＬＤ）は、前記コンプライアントリング２７４を損傷させること無く、また、摺動の動きを生じさせること無く、変換器アッセンブリ内の温度的に誘発された剪断力に反応して、１．８インチのほんのわずかな径から約０．２％だけ変形することが可能である。
【００４５】
図５の（Ｂ）に関連して上述したように、前記従来技術のシム１７４の厚さＴは、典型的には焼く０．００６インチであり、前記シムの横断幅Ｗは、典型的に約０．０８インチである。このシムの前記縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）は、前記横断幅Ｗで割った前記厚さＴに相当し、従来技術のシムの典型的な縦横比は、１よりかなり小さい。従来技術において、このシム１７４は、前記電極と前記ハウジングの間に配置された唯一の支持部であり、この支持部に対する小さな縦横比は、前記電極とハウジングを図１０の（Ａ）ないし（Ｅ）と関連して上述したように、スティックスリップ形式で動かせるのに役立つ。構造的に、シム１７４とコンプライアントリング２７４は、共に環形状によって特徴づけられる。前記シム１７４の縦横比の増加は、実質的にこのシムを前記コンプライアントリングへ構造的に変形させる。前記電極と前記ハウジングとの間の前記支持部の少なくとも１つの縦横比が約２以上であるとき、前記支持部の変形は、従来技術のシムのスティックスリップ型の動きよりもむしろ、（図１１の（Ａ）ないし１１の（Ｃ）に関連して上述したように）反復可能な曲がる動きによって特徴づけられるのに役立つ。これに対する主要な理由が、図１０の（Ａ）ないし（Ｅ）、１１の（Ｂ）、ならびに１１の（Ｃ）に示されている。図１０の（Ａ）ないし（Ｅ）に示されているように、前記電極と前記ハウジングとの間の唯一の前記支持部材の縦横比が非常に小さいとき、この支持部を曲げるのに必要な力は滑動を生じる力よりも大きく、したがって前記温度的に誘発された剪断力が滑動を生じる。しかし、図１１の（Ｂ）及び１１の（Ｃ）に示されているように、前記支持部の少なくとも１つの縦横比が十分に大きいとき、この支持部を曲げるのに必要な力は滑動を生じる力よりも小さく、したがって前記温度的に誘発された剪断力が（滑動することなく）曲げを生じる。それどころか、すべての接触面は、前記コンプライアントリング１７４の変形を介して良好な接触状態を保っている。
【００４６】
より好ましい実施の形態において、前記コンプライアントリングの縦横比は、約３以上である。前記コンプライアントリングの縦横比に対して２以上が好ましい値であるが、前記電極と前記ハウジングとの間の前記支持部の少なくとも１つの縦横比が１．０以上であるときには、前記変換器アッセンブリの性能が改善されている。前記コンプライアントリング２７４の上述の好ましい実施の形態は、２より大きい縦横比によって特徴づけられる。いかなる特別な変換器アッセンブリ一式において、前記コンプライアントリング２７４の前記縦横比は、好ましくは、温度変化に反応した変形がスムーズで復元可能性を保証するように選択される。前記横断幅Ｗは、好ましくは、前記コンプライアントリング２７４が前記電極１３０を確実に支持するための十分な機械的強度を提供するのを保証するように選択される。
【００４７】
図９の（Ｄ）を参照すると、前記コンプライアントリング２７４の下端２７４Ｌは、湾曲した横断部によって特徴づけられる。また、図５に示されているように、前記ハウジング内の溝２４７もまた湾曲した横断部によって特徴づけられる。前記コンプライアントリング２７４の下端２７４Ｌの前記湾曲の半径は、好ましくは、前記溝２４７の横断部の前記湾曲の半径より小さくなるように選択される。この差は、前記コンプライアントリングが溝２４７内で（例えば図１１の（Ｂ）に示されているように）、固定することなく前後に傾斜するのを可能とする。前記コンプライアントリング２７４の上端２７４Ｕの前記横断部は、丸まった２つの角部２７４Ｃを備え、平らである。これら丸まった角部もまた、前記コンプライアントリングが、前記電極もしくはシムに接触して、固定することなく前後に傾斜するのを可能にする。一実施の形態において、前記溝２４７の横断部の前記湾曲の半径はほぼ０．０２インチに等しく、前記下端２７４Ｌの横断部の前記湾曲の半径はほぼ０．００７５インチに等しく、また、前記上端２７４Ｕの横断部の前記湾曲の半径はほぼ０．００５インチに等しい。前記コンプライアントリング２７４の前記下端及び上端２７４Ｌ，２７４Ｕは、どちらか一方が平らであるか、もしくは（図９の（Ｄ）に示された上端２７４Ｕの場合のように）、例えば両方が丸まった角部を備え、平らであることができることが理解される。この湾曲した横断面と丸まった角部は、前記コンプライアントリング２７４の性能を改善しているが、本発明の実施に必須ではない。別の実施の形態において、他の湾曲した横断部（例えば前記下端２７４Ｌの湾曲した横断部と類似した）を備えた上端２７４Ｕを提供することは効果的である。しかし、湾曲した上端及び下端を備えたコンプライアントリングを、一方で、このコンプライアントリングの厚さＴのディメンジョンを維持しながら製造することは難しい。
【００４８】
さらに別の実施の形態において、前記リングの変形が温度変化によって生じた幾何学的な構成の変化を補償するように、前記コンプライアントリングの輪郭を定めることは効果がある。このようなコンプライアントリングは、前記変換器アッセンブリの安定性を改善し得る。例えば、前記金属製のコンプライアントリングは、熱に反応して前記セラミック製の電極より早く膨張し、前記ダイアフラムと前記電極との間の軸方向距離をわずかに増加させるのに役立つ。しかし、前記コンプライアントリングが適切に輪郭を定められた場合、加熱もしくは冷却に反応して生じる前記リングの変形は、前記アッセンブリ内で膨張率を変えることから生じる空間的な変化を相殺することに役立ち得る。図９の（Ｅ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｄ―９Ｄに沿って切断されたこうしたコンプライアントリングの部分横断面図を示す。図９の（Ｅ）に示された実施例において、前記リングの下端は平らであり、前記リングの上端２７４Ｕは、テーパー状である。この上端２７４Ｕの横断部は、内側の平らな部分２７４Ａと外側の湾曲部分２７４Ｂとを有する。図９の（Ｆ）は、前記変換器アッセンブリを加熱することによって生じる変形（すなわち、図１１の（Ｂ）と関連して上に示された変形と類似した変形）の後の図７の（Ｅ）の前記コンプライアントリングを示し、図７の（Ｇ）は、前記変換器アッセンブリを冷却することによって生じる変形（すなわち、図１１の（Ｃ）と関連して上に示された変形と類似した変形）の後の図７の（Ｅ）の前記コンプライアントリングを示す。図９の（Ｅ）ないし（Ｇ）には示されていないが、使用時に、前記コンプライアントリングは、前記環状の支持肩部２４３と前記電極１３０との間に配置されていることが理解される。図９の（Ｆ）によって示されているように、前記変換器アッセンブリが加熱されたとき、前記電極１３０が前記平らな部分２７４Ａではなく前記湾曲部分２４７Ｂに載置されるのに役立ち、これが前記環状の支持肩部２４３と前記電極１３０との間で前記コンプライアントリングによって形成された空間を減じるように、前記コンプライアントリングは変形される。この空間の減少は、前記変換器アッセンブリの金属製の構成要素と前記セラミック製の電極との膨張率の差から生じる、前記ダイアフラムと前記電極との間の軸方向の距離の増加を相殺するのに役立つ。図９の（Ｇ）に示されているように、前記変換器アッセンブリが冷却されたとき、前記電極１３０が前記コンプライアントリングの上端の内側のエッジに載置され、前記コンプライアントリングの下端の外側のエッジが前記環状の支持肩部２４３と接触するように、このコンプライアントリングは変形される。このコンプライアントリングの変形は、前記支持肩部２４３と前記電極１３０との間で前記コンプライアントリングによって形成される空間を増加する傾向がある。この空間の増加は、前記変換器アッセンブリ内の膨張率の差から生じる前記ダイアフラムと前記電極との間の軸方向の距離の減少を相殺するのに役立つ。また、前記コンプライアントリングの上端もしくは下端は、前記変換器アッセンブリ内の熱膨張率の差によって生じる前記幾何学的構成における変化を相殺するように選択される他の断面形状を形成され得る。例えば、図９の（Ｄ）に示されている前記コンプライアントリング内の湾曲した前記下端と、図９の（Ｅ）に示されているテーパー状の前記上端とに対して効果がある。
【００４９】
図１３は、本発明に関して組立てられた他の組立て式の圧力変換器アッセンブリ３００の部分断面側面図を示す。図１４は、図１３に示された変換器アッセンブリ３００の部分断面分解図を示す。変換器アッセンブリ３００は、変換器アッセンブリ２００とかなり類似している。しかし、変換器アッセンブリ３００は、前記ハウジング２４０ではなくハウジング３４０を有する。また、変換器アッセンブリ３００は、独立コンプライアントリング２７４を有するのではなく、ハウジング３４０と一体的である一体型コンプライアントリング３４７を有する。アッセンブリ２００のハウジング２４０に付随しているように、ハウジング３４０は、垂直に延出した部分３４１と、水平に延出した部分３４２とを有する。
【００５０】
図１５（Ａ）は、ハウジング３４０の上面図を示し、図１５（Ｂ）は、図１５の（Ａ）に示されているように、線１５Ｂ―１５Ｂによって示された方向に切断されたハウジング３４０の断面図を示す。図１６は、図１２の（Ａ）に示されているように、線１６―１６によって示された方向に切断されたハウジングの一部分の部分断面拡大図を示す。
【００５１】
前記垂直に延出した部分３４１の上部は、段になっており、環状の支持肩部３４４を形成している。変換器アッセンブリ３００が組立てられたとき、前記上部カバー１５０の前記下面の外周は、支持肩部３４４に載置されている。
【００５２】
前記水平に延出した部分３４２は、中央のキャビティ３４５と環状の上面３４３とを形成している。環形状である一体型コンプライアントリング３４７は、前記水平に延出した部分３４２の前記上面３４３から延出もしくは突出している。変換器アッセンブリ３００が組立てられたとき、前記ハウジング３４０、前記ダイアフラム１２０、並びに前記下部カバー１６０は、前記ダイアフラム１２０の外周が前記ハウジング３４０の下面３４６と前記下部カバー１６０の前記上面１６６との間を閉じるように、互いに連結されている。
【００５３】
変換器アッセンブリ３００が組立てられたとき、前記ウェーブワッシャ１７０と前記力伝達部材１７２とは、前記ダイアフラム方へ前記電極１３０を押し下げる。前記一体型コンプライアントリング３４７の前記上端３４７Ｕは、前記電極１３０を指示し、前記電極１３０の前記ダイアフラム１２０の方への動きに抗する。前記電極３４０の前記面３４６は、前記一体型コンプライアントリング３４７の上端３４７Ｕに直接載置され得る。あるいはまた、シム１７４は、図１３及び１４に示されているように、電極１３０とコンプライアントリング３４７との間に配置され得る。図１６、１７の（Ａ）、並びに１７の（Ｂ）に示されているように、前記コンプライアントリングの前記上端３４７Ｕは、好ましくは、湾曲した断面によって特徴づけられる。
【００５４】
前記アッセンブリ３００の一体型コンプライアントリング３４７は、前記独立コンプライアントリング２７４が変換器アッセンブリ２００の電極を支持した形式と同様の形式で電極１３０を支持する。図１７の（Ａ）及び１３の（Ｂ）に示されているように、前記一体型コンプライアントリング３４７は、変換器アッセンブリ３００内で剪断力を誘発される温度に反応して前後に傾斜（もしくは変形）することができる。変換器アッセンブリ２００の前記独立コンプライアントリング２７４が前記ハウジング２４０から分離したり、載置されたりするのに対し、変換器アッセンブリ３００の前記一体型コンプライアントリング３４７は、ハウジング３４０の一体部分として形成されている。図１６、図１７の（Ａ）、並びに１７の（Ｂ）に示されているように、前記コンプライアントリング３４７の下端３４７Ｌは、前記ハウジング３４０の水平に延出した部分３４２に取着されて、この一体部分を形成している。前記水平に延出した部分３４２とコンプライアントリング３４７とは、好ましくは、単一のモノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）構造として形成されている。あるいはまた、コンプライアントリング３４７の下端は、前記水平に延出した部分３４２に（例えば、溶接もしくは接合によって）固定され得る。前記独立コンプライアントリング２７４は、この独立コンプライアントリング２７４の下端を前記ハウジングに固定することによって前記一体型コンプライアントリングへ実質的に変形することができる。
【００５５】
一実施の形態において、前記ハウジング３４０は、ステンレススチールもしくはインコネルで製造され、前記一体型コンプライアントリング３４７の外径Ｄは、ほぼ１．８インチに等しく、前記コンプライアントリング３４７の横断幅Ｗはは、ほぼ０.０１５に等しく、また、前記コンプライアントリング３４７の厚さＴは、ほぼ０．０８５に等しい。また、この実施の形態において、前記コンプライアントリング３４７の上面３４７Ｕの前記横断部は、ほぼ０．００７５インチに等しい湾曲の半径によって特徴づけられる。他の実施の形態において、前記上端３４７Ｕの横断部は、他の湾曲の半径によって特徴づけられることができ、平らである、すなわち前記コンプライアントリング２７４の上端の場合のように丸まった角部を備え、平らであることができる。
【００５６】
ここに含まれる本発明の技術的思想から逸脱することがなければ、上記装置において所定の変形がなされることができるので、上述もしくは図面に示された中に含まれるすべての方法は、説明するための意味であって、限定される意味で解釈されないことが意図される。一実施例のように、ここで説明されたすべての前記変換器アッセンブリは、前記ダイアフラムの方へ前記電極を押す力を発生させるためのウェーブワッシャ１７０を有する。他の実施の形態において、本発明に関して組立てられた変換器アッセンブリは、前記ウェーブワッシャが取外され、代わりに、前記ダイアフラムの方へ前記電極を押す力を発生させるための弾性部材、もしくは圧縮部材の他の形態を有する。さらにまた別の実施例のように、前記溝２４７は、変換器アッセンブリ２００のハウジング２４０から取外されることができる。この実施の形態において、前記独立コンプライアントリングは、ハウジング２４０の前記肩部２４３に、あるいはシムもしくは前記コンプライアントリングと前記ハウジングとの間に配置された他のスペーサーに直接載置されている。前記溝２４７は、前記独立コンプライアントリングを変換器アッセンブリ２００内の所望の位置に配置するのに効果がある。しかし、この溝の使用は、前記独立コンプライアントリング２４７の使用に必須ではない。さらにまた別の実施例のように、前記ハウジング２４０，３４０は、単一のモノリシック構造として形成されているように説明されている。しかし、これらハウジングは、（例えば溶接によって）互いに連結される２以上の異なる部品から形成されることができる。例えば、前記水平に延出した部分は、前記垂直に延出した部分から分離して形成されても良く、これら２つの部分は、前記ハウジングを形成するように互いに溶接されることができる。他の実施例のように、ここで説明されているすべての前記変換器アッセンブリは、円形の対象によって特徴づけられている。しかし、他の実施の形態において、前記コンプライアントリングは、非円形（例えば楕円）の形状を有する。非円形の対称によって特徴づけられたコンプライアントリングの横断幅Ｗは、このコンプライアントリングの外周と内周との間の半径の差であり、同様のことが、当然非円形の対称によって特徴づけられたコンプライアントリングにも当てはまる。また別の実施例のように、図１８の（Ａ）ないし（Ｆ）は、コンプライアントリングの様々な別の実施の形態のための横断面図を示す。図１８の（Ａ）は、平らな端と丸まった端とによって特徴づけられるコンプライアントリングのための横断部を示す。このようなコンプライアントリングは、図９の（Ｄ）、図１６、並びに図１７の（Ａ）及び（Ｂ）と関連して上述されている。図１８の（Ｂ）ないし（Ｆ）は、本発明に関して組立てられることができる独立及び一体型コンプライアントリングの他の実施の形態の横断部を示していることが理解される。さらに、図１８の（Ａ）ないし（Ｆ）は、単に例のために示されており、コンプライアントリングがさらに他の横断部の形状を有し、本発明関して組立てられることができることが理解される。
【００５７】
【発明の効果】
課題に対応させる
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来の組立て式の圧力変換器アッセンブリの部分断面図を示す。
【図２】 図２は、図１に示されている前記アッセンブリの分解された部分断面図を示す。
【図３】 図３の（Ａ）は、図１及び図２に示された前記アッセンブリのハウジングの上面図を示す。
図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）に示されているように線３Ｂ―３Ｂによって示された方向で切断されたハウジングの断面図を示す。
【図４】 図４の（Ａ）は、図１及び図２に示された前記アッセンブリの電極の側面図を示す。
図４の（Ｂ）は、図４の（Ａ）に示された線４Ｂ―４Ｂによって示された方向で切断された電極の底面図を示す。
【図５】 図５の（Ａ）は、図１及び図２に示された部材のシムのうちの１つの上面図を示す。
図５の（Ｂ）は、図５の（Ａ）に示されているように線５Ｂ―５Ｂによって示された方向で切断されたシムの断面図を示す。
図５の（Ｃ）は、図５の（Ａ）に示されたシムの斜視図を示す。
【図６】 図６は、本発明に関して組立てられた組立て式の圧力変換器アッセンブリの部分断面図を示す。
【図７】 図７は、図６に示された変換器アッセンブリの分解された部分断面図を示す。
【図８】 図８の（Ａ）は、図６及び図７に示された部材のハウジングの上面図を示す。
図８の（Ｂ）は、図８の（Ａ）に示されているように線８Ｂ―８Ｂによって示された方向で切断されたハウジングの断面図を示す。
【図９】 図９の（Ａ）は、図６及び図７に示されている部材の独立コンプライアントリングの上面図を示す。
図９の（Ｂ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｂ―９Ｂによって示された方向で切断された独立コンプライアントリングの断面図を示す。
図９の（Ｃ）は、図９の（Ａ）に示された独立コンプライアントリングの斜視図を示す。
図９の（Ｄ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｄ―９Ｄによって示された方向に切断された独立コンプライアントリングの部分拡大断面図を示す。
図９の（Ｅ）は、図９の（Ａ）に示されているように、線９Ｄ―９Ｄによって示された方向に切断された独立コンプライアントリングの別の実施の形態の部分拡大断面図を示す。
【図１０】 図１０（Ａ）は、最初の温度で、ニュートラルの配置で構成された図１及び図２に示された従来技術の変換器アッセンブリの電極、シム、並びにハウジングの小さい部分の拡大図を示す。
図１０の（Ｂ）は、図１０の（Ａ）に示された前記アッセンブリを加熱することによって形成された構成を示す。
図１０の（Ｃ）は、図１０の（Ａ）に示された前記アッセンブリの構成の温度まで、図１０の（Ｂ）に示された前記アッセンブリを冷却することによって形成された構成を示す。
図１０の（Ｄ）は、図１０の（Ａ）に示された前記アッセンブリを冷却することによって形成された構成を示す。
図１０の（Ｅ）は、図１０の（Ａ）に示された前記アッセンブリの構成の温度まで図１０の（Ｄ）に示された前記アッセンブリを加熱することによって形成された構成を示す。
【図１１】 図１１の（Ａ）は、図６及び図７に示されている変換器アッセンブリの電極、シム、独立コンプライアントリング、並びにハウジングの小さい部分の拡大図を示す。
図１１の（Ｂ）及び（Ｃ）は、独立コンプライアントリングが、前記変換器アッセンブリ内で差動膨張を生じる温度に反応して、どのように前後に傾斜（もしくは変形）することができるのかを示している図１１の（Ａ）に示された構成要素の拡大図を示す。
【図１２】 図１２は、剪断力を生じる温度に反応して変形された本発明に係る独立コンプライアントリングの断面図を示す。
【図１３】 図１３は、本発明に関して組立てられた他の組立て式の圧力変換器アッセンブリの部分断面図を示す。
【図１４】 図１４は、図１３に示された変換器アッセンブリの分解された部分断面図を示す。
【図１５】 図１５の（Ａ）は、図１３及び図１４に示された変換器アッセンブリのハウジングの上面図を示す。
図１５の（Ｂ）は、図１５の（Ａ）に示されているように、線１５Ｂ―１５Ｂによって示された方向に切断されたハウジングの断面図を示す。
【図１６】 図１６は、図１２の（Ａ）に示されているように、線１６―１６によって示された方向に切断されたハウジングの一部分の部分断面拡大図を示す。
【図１７】 図１７（Ａ）は及び（Ｂ）は、本発明に関して組立てられた一体型コンプライアントリングが、前記変換器アッセンブリ内で剪断力を生じる温度に反応して、どのように変形することができるのかを示している図１５の（Ａ）、（Ｂ）及び図１６に示されたハウジングの一部分の部分断面拡大図を示す。
【図１８】 図１８の（Ａ）ないし（Ｆ）は、本発明に関して組立てられた独立及び一体型コンプライアントリングの様々な別の実施の形態の部分の横断面図を示す。
Claims (11)
- （Ａ）内部キャビティと面（２４３）とを形成した本体部（２４０）と、
（Ｂ）この本体部内に設けられ、前記内部キャビティを第１のチャンバ（１１０）と第２のチャンバ（１１２）とに分割するダイアフラム（１２０）であって、前記第２のチャンバ内の圧力より高くなった前記第１のチャンバ内の圧力に反応して第１の方向に動く前記ダイアフラムの領域を有し、前記ダイアフラムの前記領域は、前記第１のチャンバ内の圧力より高くなった前記第２のチャンバ内の圧力に反応して前記第１の方向と反対の第２の方向に動き、前記ダイアフラムは実質的に前記面と平行である、ダイアフラム（１２０）と、
（Ｃ）前記第１のチャンバ内に配置された絶縁部材（１３０）と、
（Ｄ）この絶縁部材に配置されたコンダクタ（１３１，１３２）であって、このコンダクタと前記ダイアフラムは、容量によって特徴づけられ、この容量は、前記第１のチャンバ内の圧力と前記第２のチャンバ内の圧力との間の差を表しているコンダクタと、
（Ｅ）前記第１のチャンバ内に配置され、前記ダイアフラムの方へ前記絶縁部材を偏らせる力を発生する圧縮部材（１７２）と、
（Ｆ）前記面の一部分に載置され、前記面の一部分と前記絶縁部材の一部分との間に配置される環状の支持部材（２７４）であって、前記支持部材は、さらに前記絶縁部材と前記ダイアフラムとの間に配置され、前記ダイアフラムの方への前記絶縁部材の動きに抗し、前記支持部材は、前記第１の方向に測定された所定の厚さと前記第１の方向と垂直な第２の方向に測定された所定の横断幅とによって特徴づけられ、前記横断幅に対する前記厚さの比が１より大きい環状の支持部材（２７４）と
を具備する圧力変換器アッセンブリ。 - 前記面は溝（２４７）を形成し、前記支持部材は第１の端及びこれと反対側の第２の端（２７４Ｌ，２７４Ｕ）とを有し、この第１の端は前記溝中に載置されている請求項１に記載のアッセンブリ。
- 前記横断幅に対する前記厚さの比は、２より大きい請求項１に記載のアッセンブリ。
- 前記環状の支持部材の前記第１の端（２７４Ｌ）は、湾曲した横断部を有する請求項２に記載のアッセンブリ。
- 前記溝（２４７）は、湾曲した横断部を有し、前記環状の支持部材の前記第１の端の湾曲の半径が前記溝の横断部の湾曲の半径より小さい請求項４に記載のアッセンブリ。
- 前記環状の支持部材の前記第１の端は、平らである請求項２に記載のアッセンブリ。
- 前記環状の支持部材の前記第１の端（２７４Ｌ）は、丸まった両隅部を備えて平らである請求項２に記載のアッセンブリ。
- 前記環状の支持部材の前記第２の端（２７４Ｕ）は、丸まった両隅部（２７４Ｃ）を備えて平らである請求項２，４，５，７のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
- 前記環状の支持部材の前記第２の端は、平らである請求項６に記載のアッセンブリ。
- 前記環状の支持部材の前記第２の端（２７４Ｕ）は、湾曲した横断部を有する請求項４に記載のアッセンブリ。
- 前記環状の支持部材の前記第２の端（２７４Ｕ）は、テーパー状であり、内側の平らな部分（２７４Ａ）と外側の湾曲した部分（２７４Ｂ）とを有する請求項４または６に記載のアッセンブリ。
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