JP5384710B2 - 容量性圧力センサー - Google Patents
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Description
変換器アッセンブリ100は、言うまでもなく、差別的な圧力の変換器としても使用され得る。この場合は、圧力管142は、第1の流体源(図示されず)に接続され、圧力管172は、第2の流体源(図示されず)に接続される。かくして、変換器アッセンブリ100は、2つの流体の圧力の間の差を測定可能にする。
本発明の一態様では、圧力変換器は、1つのチャンバ内に、ハブ−スポーク取り付け具を有する。ハブ−スポークの構成は、ダイアフラムと面平行に延びている。参照電極は、ハブ−スポーク取り付け具のハブから吊り下げられ、ダイアフラムの近くに位置付けられている。ハブ−スポーク取り付け具は、参照電極の安定性と、名目上のギャップの均一性とを向上させる。ハブと、かくして参照電極とは、圧力変換器の本体が様々の力に晒されているときも、実質的に静止した状態に保たれる。1つの利点は、ハブ−スポーク取り付け具が、大気圧中の変動(fluctuation)のような圧力変換器の本体にかかる圧力から、電極を隔離する点である。更に、取り付け具は、参照電極を位置付けるための弾性部材を不要にする。また、取り付け具は、過圧状況に対する圧力変換器の対応を、改良する。スポークは、ハブの安定性を更に向上させるために、凹角の溝を有し得る。
図4の(A)は、本発明に係わって構成された、組み立てられた変換器アッセンブリ200の部分的な断面図を示す。図4の(B)は、図4の(A)に示された変換器アッセンブリの、部分的に露出された上面図を示す。図5は、変換器アッセンブリ200の側方からの断面図を示す。好ましい実施形態において、変換器アッセンブリ200を組み立てるのに使用される幾つかの構成部品が、先行技術の変換器アッセンブリ100で使用される構成部品と同じであるか、これに類似している。特に、変換器アッセンブリ200は、P_xカバー140と、ダイアフラム120と、P_rカバー170との、先行技術の変換器アッセンブリ100で使用される構成部品に類似した構成部品を、有している。しかしながら、アッセンブリ200は、先行技術のアッセンブリ100で使用される構成部品であるP_r本体160と電極130と比較して改良された、P_r本体260と電極230とを、有している。アッセンブリ200は、弾力的な部材192を使用する必要がない。
変換器アッセンブリ200の好ましい実施形態において、絶縁性ブロック232は、絶縁性ブロック232の中央部のみをハブ266に取り付けることによって装着され得る。絶縁性ブロック232の外周は、ギャップ209がケース262と絶縁性ブロック232との間に形成されるように(図4の(A)と図5に示されるように)、P_r本体260のケース262から離れて位置され、これと接触していない。これは、セラミック電極130の全体的な外周がP_r本体(及び弾性部材192)によって支持されていた先行技術の変換器アッセンブリ100とは対照的である。後述されるように、本発明は、電極230の安定性を改良する。
図10の(A)は、本発明に係わって構成された他の容量性圧力変換器アッセンブリ400の、部分的な側面図を示す。図10の(B)は、アッセンブリ400の分解図を示す。アッセンブリ200(例えば図4の(A)、(B)、図5に示されている)と同様に、アッセンブリ400は、P_r本体260、P_rカバー170、P_xカバー140、及びダイアフラム120を具備する。アッセンブリ400はまた、P_r本体260のハブ266によって支持された電極を有する。しかしながら、アッセンブリ400は、電極230を用いるよりむしろ、異なったタイプの電極430を有する。図11は、電極430の上面図を示す。電極430は、全体が金属でできている(即ち、電極130もしくは230とは異なり、電極430は、絶縁性の、即ちセラミックの部分を有していない)。電極430は、ディスク形状の導電性の板431と、円筒形状の導電性支持ロッド432とを有している。ロッド432は、板431と接続されており、図10の(A)、(B)に示されるように、電極430と共に逆T字形を成すことによって特徴付けられる。ロッド432は、板431に溶接あるいは取り付けられている。または、ロッド432と板431とは、1つのモノリシックな金属性構造物として形成され得る。電極430は、ロッド431がハブ266によって規定された中央アパーチャ265を通って延びるように、アッセンブリ400に装着されている。例えばガラスのような絶縁導電性部材452が、ハブ266に対してロッド432を固定的に保持するために使用されている。
スペーサ450は、環状形状を有し、P_r本体260の下面268とダイアフラム120の上面との間に配置されている。スペーサ450は、通常は、本体260の下面268と、ダイアフラム120とに溶接されている。P_rカバー170、P_r本体260、スペーサ450、ダイアフラム120は、シールされた内部チャンバ112を、共に規定している。P_xカバー140とダイアフラム120とは、内部チャンバ110を、共に規定している。
アッセンブリ500では、第2の電極530は、第1の電極430を囲んでいる。第2の電極の導電性の板531の下面は、第1の電極の導電性の板431の下面と同平面で、かつこれを囲んでいる。管状支持部532は、第1の電極の支持部432を、軸261に沿って、囲んでおり、またこれと同軸上に延びている。ロッド432と同様に、管状支持部532は、ハブ266の中央アパーチャ265を通って延びている。
図14の(A)、(B)は、夫々に、変換器アッセンブリ500の他の実施形態の、部分的に露出された上面図、側方からの断面図を示す。この実施形態では、同軸のシールドが各フィードスルーに設けられている。また、第2の電極530は、比較的丸い、比較的環状ではない形を有している。即ち、導電性の板531とカップ形状の水平支持部533との間の接合部は、角張っているというより丸い。
図16は、装置の製造に使用される取り付け具(fixture)612上に示された、本発明の他の態様に係わって構成された他の圧力センサーの一部分610を、示す。図17にも示されるように、幾つかの実施形態で、ハウジング部分614は、好ましくは、複数のスポーク616を備えたハブ617として構成されている(例えば、米国特許5、965、821号で説明されているように)。ハブは、接合部622によってハブ617内に保持された支持ロッド620を保持する開口618を、有する。接合部622は、リードホウケイ酸塩ガラス(lead borosilicate)のような、ガラス質のもしくは失透ガラスで形成されているか、金属で蝋付けもしくははんだ付けされたセラミックあるいはガラスセラミックであり得る。ロッド620は、好ましくは、96%のアルミナもしくはケイ酸マンガン(フォルステライト)のような、セラミックで形成されている。ハウジングの部分614は、好ましくは、ニッケル、クロム、及び鉄の合金であるインコネルのような金属で形成されている。
図22は、本発明の他の態様に係わる容量性圧力センサー701(図24に示されている)の一部分700を示す。センサー701は、第1のハウジング部材714と第2のハウジング部材716との間に溶接されたダイアフラム712を有する。ハウジング部材716は、流体をチャンバ719中に受けるための開口718を有する。
ダイアフラム712の、流体が受けられる側とは他側に、電極720がある。電極720は、導電性材料で形成されるか、更に好ましくは、導電性フィルム726がダイアフラム712に面するように設けられた面を有する、セラミックディスクのような導電性ディスクを有し得る。電極720は、好ましくは、セラミックで形成されてハウジング部材714内の開口724まで延びた支持柱722に、接続されている。
Claims (12)
- (A)内側キャビティを規定し、アパーチャを規定したハブとスポークとのアッセンブリを有し、第1の熱膨張係数を有するハウジング部材と、
(B)このハウジング部材中に設けられ、前記内側キャビティを第1のチャンバと第2のチャンバとに分けており、一部が、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対応して第1の方向に曲がり、かつ第1のチャンバ内の圧力より大きい第2のチャンバ内の圧力に対応して前記第1の方向とは逆の第2の方向に曲がるダイアフラムと、
(C)前記第1のチャンバ内に配置され、前記ハウジング部材に接合され、平らな部分と前記アパーチャ中に延びたロッド部分とを有し、前記ダイアフラムの少なくとも一部とキャパシタを形成したコンダクターを備え、前記第1の熱膨張係数と異なる第2の熱膨張係数を有する電極と、
(D)前記第1及び第2の熱膨張係数より低い第3の熱膨張係数を有し、前記アパーチャ中に位置するプラグを備えた低熱膨張係数の部材とを具備し、
前記アパーチャは、前記ダイアフラムに面したハブの第1の面からと反対側の第2の面からとからハブの中へと延びており、
前記ロッド部分の一端部は、前記第1の面からハブ中に挿入されており、前記プラグは、前記ロッド部分の一端部と近接するように前記第2の面からハブ中に挿入されている、圧力変換器アッセンブリ。 - 前記アパーチャとプラグとは、共通の軸を中心として位置されている、請求項1の圧力変換器アッセンブリ。
- 前記ハブは、前記ダイアフラムに対してほぼ平行に延びており、前記プラグは、前記ロッド部分の一端部と前記アパーチャ中で結合されている請求項1又は2の圧力変換器アッセンブリ。
- 前記ロッド部分は、セラミックでできている、請求項1ないし3のいずれか1の圧力変換器アッセンブリ。
- 前記平らな部分は、前記ロッド部分と共にモノリシックに形成されている、請求項1ないし4のいずれか1の圧力変換器アッセンブリ。
- 前記第2の熱膨張係数は、前記第1の熱膨張係数より低い、請求項1ないし5のいずれか1の圧力変換器アッセンブリ。
- 前記ハウジング部材は、金属で形成され、また、前記プラグは、セラミックで形成されている、請求項1ないし6のいずれか1の圧力変換器アッセンブリ。
- 前記電極は、誘電本体を有し、また、前記コンダクターは、この誘電本体に設けられた導電性の面であり、また、この誘電本体は、前記第2の熱膨張係数を規定している、請求項1ないし7のいずれか1の圧力変換器アッセンブリ。
- (A)内側キャビティを規定したハウジング部材と、
(B)前記ハウジング部材中に設けられ、前記内側キャビティを第1のチャンバと第2のチャンバとに分け、一部が、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対応して第1の方向に曲がり、かつ第1のチャンバ内の圧力より大きい第2のチャンバ内の圧力に対応して第1の方向とは逆の第2の方向に曲がるダイアフラムと、
(C)前記第1のチャンバ内に配置され、前記ハウジング部材に接合された金属の内部の電極と、
(D)前記内部の電極を囲むように前記第1のチャンバ内に配置され、前記ハウジング部材に接続された金属の外部の電極とを具備し、
前記内部の電極は、
前記ダイアフラムの少なくとも一部と第1のキャパシタを形成した金属の内部のコンダクターと、
前記内部のコンダクターが設けられた金属の平らな部分と、
金属のロッド部分とを有し、
前記外部の電極は、
前記ダイアフラムの少なくとも一部と第2のキャパシタを形成した金属の外部のコンダクターと、
前記外部のコンダクターが設けられた環状の平らな部分と、
前記内部の電極の前記平らな部分の下面と同一平面でこの下面を囲んでいる下面と、
前記内部の電極の前記ロッド部分を囲んで、このロッド部分と同軸的に延びている管状の部分とを有している、圧力変換器アッセンブリ。 - 前記ハウジング部材は、アパーチャを規定したハブとスポークとのアッセンブリを有し、前記内部の電極のロッド部分は、前記アパーチャ中に延びており、前記外部の電極の管状の部分は、前記アパーチャ中に延びている、請求項9の圧力変換器アッセンブリ。
- 前記アパーチャ内に配置された第1の誘電部材と、
前記アパーチャ内に配置された第2の誘電部材とを更に具備し、
前記第1の誘電部材は、前記外部の電極の前記管状の部分を前記ハブとスポークとのアッセンブリに固定し、前記第2の誘電部材は、前記ハブとスポークとのアッセンブリから前記外部の電極を絶縁し、前記第2の誘電部材は、前記内部の前記ロッド部分を前記ハブとスポークとのアッセンブリに固定し、また、前記第2の誘電部材は、前記外部の電極から内部の電極をしている、請求項10の圧力変換器アッセンブリ。 - 前記内部の電極と外部の電極との少なくとも一方は、金属でできている、請求項9ないし11のいずれか1の圧力変換器アッセンブリ。
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