JPH01307631A - 高温用容量型圧力計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高温用容量型圧力計に係り、特に高速増殖炉
を初めとするＮａ等の高温流体を使用するプラントの高
温流体中に圧力検出端を浸せきさせてその流体の圧力を
測定するのに好適な高温用容量型圧力計に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来の高温用容量型圧力計（以下、単に圧力計と記す）
の−例を第８図に示す。第８図は（株）フジ・テクノシ
ステム、１９８７年１１月発行の「センサ実用便覧」に
記載されているもので、２つの流体の圧力差を測定する
差圧計である。本差圧計は、差圧計の最小殻をなす中空
円筒形のケース４ａ、４ｂを左右からつき合わせ、その
つき合わせ部にダイヤフラム１を取り付けて、ケース４
ａ、４ｂ内に入る流体が交り合わないようになっている
。このダイヤフラム１をはさんで電極２ａ、２ｂの片面
をダイヤフラム１に対面させ、かつ、接触しないように
電極２ａ、２ｂを配置してある。電極２ａ、２ｂのダイ
ヤフラム１と反対側は、電気的絶縁性を有する絶縁体３
ａ、３ｂに固定されている。電極２ａ、２ｂ及び絶縁体
３ａ。

３ｂの軸方向中心部には穴があけられていて、ケース４
ａ、４ｂのお互いが接触していない端部に設けられた流
体の導入口６ａ、６ｂがら導入された流体がこの穴から
ダイヤフラム１の表面に導がれる。いま、導入口６ａか
ら導入される流体の圧力をＰｌ、６ｂから導入される流
体の圧力をＰ２とし、Ｐｌ＜Ｐｚとする。゛するとダイ
ヤフラム１はＰｌ側に撓む。この撓み量はダイヤフラム
１と電極２ａ及びダイヤフラム１と電極２ｂ間の電気容
量変化として取り出すことができる。すなわち、この電
気容量変化を電圧変化としてリード線５８　ｇ５ｂを用
いて取り出し、２つの流体の圧力差Ｐ１−Ｐ２を知るも
のである。

第８図において、ダイヤフラム１の片側、例えば、導入
口６ａを大気に開放すれば、大気圧を基準とした圧力計
となる。そして流体が液体の場合には、圧力を測定する
流体が接する側の電極２ｂ、絶縁体３ｂを取り去り、ダ
イヤフラム１が電極２ａと対面する側に絶縁体を介して
電極２ａと同様の電極をつけた構造にすることにより、
Ｎａを含む液体の圧力を測定することができる。

流体の圧力を受けるダイヤフラムに代えて撓み量の大き
な薄肉のベローズを用いることもあり。

このベローズを用いた第８図と同様な圧力計も知られて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術による圧力計は、配管の一部あるいは容器
壁の一部に取り付けて使用する圧力計、特に高温流体を
対象とした圧力計として適している。その理由は、歪ゲ
ージを用いた圧力計のように温度により電気的常数（抵
抗値等）が変化しないばかりでなく、耐熱性にすぐれて
いるがらである。しかし、高速増殖炉のように高温Ｎａ
を用いた機器や配管内部に取り付けて高温Ｎａの圧力を
測定するための圧力計としては、さらに小型化すること
が要求される。

本発明の目的は、高温Ｎａ等の高温流体を用いた機器、
配管内部に取り付は可能であり、高精度で取り扱いやす
い小型の高温用容量型圧力計を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、板または円筒体の高温流体と接触する側と
は反対側にあたる側の電気容量測定電極を内蔵している
部分を密封構造として気体を封入し、この気体の温度変
化による圧力変化を補正する演算器を具備する高温用容
量型圧力計として達成するようにした。

〔作用〕

大気解放側を密封して気体を封入することにより、大気
解放口や解放管がなくなり、小型化された圧力計となる
。また、密封した大気解放側に封入した大気圧よりも低
い圧力の気体が温度変化による圧力変化を補正する演算
器を設けたので、その圧力変化による圧力測定精度低下
を防止できる。

〔実施例〕 以下本発明の実施例を第１図〜第７図を用いて詳細に説
明する。

第１図は本発明の高温用容量型圧力計の一実施例を示す
縦断面図で、受圧要素としてベローズを用いたものを示
してある。圧力計の最外殻をなす中空円筒状のケースは
、ケース７、ケース９ａ。

９ｂからなり、ケース７の一端は中心に穴を穿った円形
のプレート８ａを介してケース９ａの一端に、ケース９
ａの他端はケース９ｂの一端に溶接等により接続されて
いる。ケース９ｂの他端には円形のエンドプレー、ト８
ｂが取り付けられている。

このエンドプレート８ｂには、信号ケーブル１９ａ。

１９ｂを取り付けるための取付ノズル１７ａ。

１７ｂが取り付けられている。

取付ノズル１７ａ、１７ｂは中空円筒形のもので、中空
部分を信号ケーブル１９ａ、１９ｂが貫通し、その一端
はケース９ｂ内に達している。この信号ケーブル１９ａ
、１９ｂの中心には金属性芯線があり、この金属性芯線
の周囲には絶縁材が。

この絶縁材の周囲には金属性芯線と絶縁材を保護する保
護管が設けられている。通常このケーブル１９ａ、１９
ｂは高温部における電気信号取り出し用として用いられ
るステンレス鋼製保護管の金属被覆信号ケーブルが用い
られる。この他、エンドプレート８ｂには、ケース９ａ
、９ｂ及びプレート８ａに一端が取付けられ、他端に円
形のエンドプレート１１が取り付けられたベローズ１ｏ
によって構成される空間内の排気及びその後のガス封入
のための封入管１８が設けられている６ケース７の内部
には、前述のベローズ１ｏがあり、ケース７がプレート
８ａに接続されている端に対して反対側となるケース７
の一端は解放されていて、この解放口からベローズ１０
外面に高温Ｎａ等の高温圧力流体が供給される６ベロー
ズ１０内には、一端が前述のプレート１１に固定され、
他端がケース９ａ内にある円形の絶縁プレート１４ａに
ナツト２１ａで固定したロッド１２ａがある。このロッ
ド１２ａの周囲には、一端がエンドプレート１１に、他
端がプレート８ａに接触するコイル状のスプリング１３
が設けられている。

このスプリング１３は、流体の圧力で押縮するベローズ
１０の圧力に対する伸縮量変化に直線性を持たせるため
に設けられている。

ケース９ａ、９ｂ内には、絶縁プレート１４ａのほか、
絶縁プレート１４ａに金属ネジ等で取り付けられた円筒
状の電極１５ａがあり、この電極１５ａと２重円筒を形
成する形で設けられた電極１５ｂがある。電極１５ｂは
絶縁プレート１４ｂに金属性ネジ等で固定され、絶縁プ
レート１４ｂはロッド１２ｂの一端にナツト２１ｂで固
定されている。ロッド１２ｂの他端はエンドプレート１
４ｂに固定されている。このほか、エンドプレート８ｂ
の内面には、ジルコニウム等の水素吸収金属１６が蒸着
されている。この水素吸収金属１６は、薄肉のベローズ
１ｏを透過してきたＮａ中の水素を吸収させるためのも
のである。このほか、ケース９ａ、９ｂ内には、電極１
５ａ、１５ｂに接続されたケーブル１９ａ、１９ｂの金
属性芯線のリードａ２０ａ、２０ｂや封入したアルゴン
等の封入ガス２２及びこのガス２２の温度を測定する熱
電対２３がある。熱電対２３はケース９ａの壁を貫通し
てケース９ａに取り付けられている。

以上述べたような構造の圧力計において、リード線２０
ａ、２０ｂを介してある周波数の交番電力を電極１５ａ
、１５ｂに供給すると、２重円筒を形成する電極１５ａ
、１５ｂの重なり合う面積に電気容量Ｃが分布する。

電気容量Ｃは次式で計算される。

Ｃ＝ε・−・・・（１） ここで、Ｅは封入したガスの誘電率、Ａは電極１５ａ、
１５ｂの重なり合う面積、ｄはこの２つの電極の重なり
合う部分の距離である。いまベローズ１０外表面に接す
る流体の圧力が作用すると。

ベローズ１０は縮んで電極１５ａは右に動く。すると（
１）式のＡが増加し、Ｃが増加する。すなわち、ベロー
ズ１０外表面に接する流体の圧力に応じて（１）式のＣ
は変化する。このＣの変化は、リード線２０ａ、２０ｂ
間のＣに比例した電圧変化として取り出すことができる
。

以上述べた圧力計において、ベローズ１０．エンドプレ
ート１１．プレート８ａ、ケース９ａ。

９ｂ及び水素吸収金属１６で構成される空間に供給され
る封入ガス２２は、圧力計製作時封入管１８より供給さ
れ、所定の圧力になったところで封入管１８の先端をつ
ぶして溶接するなどして封入される。この封入ガス２２
の封入圧力及び封入後の使用温度における圧力の一例を
第２図に示す。

圧力計の使用温度Ｔ２＝６００℃、その温度における圧
力Ｐｚ　＝　７６０ｔｏｒｒ　（１気圧）とし、ガス封
入時の温度Ｔｚ＝２５℃とすると、次式から　７封入時
の圧力値は２５９　ｔｏｒｒとなる。

Ｔｚ／’ｒ２＝Ｐ２／Ｐｓ　　　　　　　　　・・・（
２）このガス２２の封入圧力Ｐ１は、圧力計使用時電極
１５ａ、１５ｂの周囲の圧力Ｐ２をいくらにするかで決
まる。

実際の圧力測定のときには、このＰ２はベローズ１０外
表面に接する高温流体の圧力に対して背圧として作用す
る。第２図で示した例では、背圧Ｐ２は大気圧なので、
圧力計の出力（第１図のリード線２０ａ、２０ｂ間の電
圧変化）は、そのまま高温流体の圧力変化として捉える
ことができる。

しかし、背圧ＰＺが大気圧でない場合、すなわち、圧力
計を使用温度以外の温度で使用するときなどには、第２
図のように各温度に対して背圧Ｐ２は圧力変化２４のよ
うに変化するので、その変化分を補正する必要がある。

実際に圧力計を使用するにあたっては、予め圧力計出力
変化とベローズ１０外表面にかかる圧力変化との関係を
求める較正試験を行う必要がある。補正は、この較正試
験で得た圧力測定値に対し、背圧Ｐ２が大気圧より大き
い場合には（Ｐ２−大気圧）分の圧力を較正した圧力値
にプラスし、■〕２が大気圧よりも小さい場合には（大
気圧−Ｐｇ）分の圧力をマイナスすればよい。

以上のべた較正方法を計測システム化したのが第３図で
ある。圧力計４７からは電極１５ａ。

１５ｂ間の電気容量Ｃに応じ電圧変化ｅ。が信号ケーブ
ル１９ａ、１９ｂ間に出力され、演算器４８に入力され
る。演算器４８では、ベローズ１０の外表面にかかる圧
力が０のときの圧力計出力ｅｏと入力ｅｎの差、すなわ
ち出力変化分ｅが計算される。このｅは演算器４９に入
力され、較正試験が予め求めておいたベローズ１０外表
面における圧力変化と圧力計出力との関係から求めた定
数ｋを用いて圧力値Ｐｎを計算して出力される。

一方、熱電対２３の出力（１）は演算器５０に入力され
温度換算された後、絶対温度Ｔ２を計算して出力する。

このＴ２は演算器５１の入力となる。

演算器５１では予め入力しておいた封入時の温度Ｔ１、
圧力ＰＬ、入力Ｔ２を用いて、圧力計４７の電極１５ａ
、１５ｂ周囲のガス圧力Ｐ２を計算して出力する。この
Ｐｉは判定器５３に入力され、大気圧Ｐｏより大きいと
きは＋Ｐｚ、小さいときは−Ｐ２．等しいときはＯとし
て出力され、演算器５２に入力される。演算器５２では
演算器４９からの入力Ｐｎと判定器５３からの入力を用
いて、圧力計４７で測定した圧力Ｐを計算し、記録計５
４及び表示装置５５の入力として出力する。記録計５４
ではＰが記録され、表示装置５５はＰを表示する。

第４図は、配管内に第１図で示した圧力計のベローズ１
０の代りに、ダイヤフラム２５を用いた圧力計を取り付
けた一実施例である。この圧力計の最外殻を形成するの
は中空円筒のケース２６゜２７．２９である。ケース２
６の一端には開口部を持ち、他端には中心に補強板３５
を有するダイヤフラム２５の外周端と共にケース２７の
一端に取り付けられている。ケース２７の他端は中心に
ロッド１２ａが貫通する穴を持ったプレート２８を介し
てケース２９の一端に取付けられ、ケース２９の他端は
閉じている。ケース２６の開放口を設けた側及びケース
２９の閉じた側の外形は円錐状になっている。これは、
配管３６内の流れに対する一抵抗を減らすためである。

ダイヤフラム２５の中心部の補強板３５には、第１図と
同様、先端に円形の絶縁プレート１４ａがナツト２１ａ
で固定されたロッド１２ａが取り付けられている。絶縁
プレート１４ａのロッド１２ａを取り付けた側の反対側
には１円形の電極３０ａが取り付けられている。この電
極３０ａと対向する位置に同形の電極３０ｂが設けられ
ている。この電極３０ｂは、ロッド１２ｂにナツト２１
ｂで固定された絶縁プレート３０ｂに取り付けら゛れて
いる。ロッド１２ｂの絶縁プレー１−３０　ｂを取り付
けた側の反対側の端は、ケース２９の内壁面に取り付け
られている。

ケース２７の円筒壁上部中央には金属被覆信号ケーブル
３４を中空部に取り付けた取付ノズル３３がある。金属
被覆信号ケーブル３４を取り付けた取付ノズル３３のＡ
−Ａ断面を示しんのが第５図である。金属被覆信号ケー
ブル３４内部は、２本のお互いが独立した芯線３９ａ、
３９ｂ及びこれ等の芯線同志、芯線３９ａ、３９ｂと金
属被覆とが接触しないよう絶縁材３８が封入されている
。

また、金属被覆信号ケーブル３４が貫通している取付ノ
ズル３３の中空部分内壁には、ダイヤフラ１１２５、ケ
ース２７．２９が形成する電［１３０ａ。

３０ｂを内蔵した空間の気体を排気し、その後アルゴン
ガス等のガスを封入するための溝状のガス通路３７が設
けてある。第４図に戻り、ガス通路３７には封入管１８
が設けてある。また、取付ノズル３３の外壁中央付近に
は、配管３６に圧力計を取付けるためのつば３２が設け
てある。電極３０ａ、３０ｂには、芯線（リード線）３
９ａ。

３９ｂが接続されている。この圧力計は、ケース２６の
開放口からダイヤフラム２５の表面に供給されるＮａ等
の高温流体の圧力が変化すると、ダイヤフラム２５の撓
み量が変化し、電極３０ａ。

３０ｂ間の距離が変化してこの２つの電極間の電気容量
Ｃが変化する。すなわち、（１）式のｄだけが変化する
形の圧力計である。

電極３０ａ、３０ｂ周囲のガス封入方法、測定方法、背
圧補正方法は第１図で述べた圧力計と同様である。

以上、第１図及び第４図で述べたように、ベローズ１０
．ダイヤフラム２５の背圧を機器外あるいは配管外へ開
放する開放口及び開放口に接続される解放管を必要とし
ない、小型でシンプルな形の圧力計を得ることができる
。

さらに、第６図に示すように、ロッド１２ａが貫通する
プレート８ａまたは２８の中央部の穴にセラミックス等
の耐高温材料製の球４１と受台４０の組み合わせによる
玉軸受を使用することにより、ベローズ１０の伸縮運動
またはダイヤフラム２５の撓みをスムーズにすることが
でき、測定に対する信頼性を向上させることができる。

第７図は、第１図のエンドプレート８ｂのロッド１２ｂ
取付部にロッド１２ｂが貫通する穴を設けたものである
。そしてこの穴にはリング状のプレート４２を介してベ
ローズ４３の一端を取り付け、ベローズ４３の他端はこ
れもリング状のプレート４４を介してロッド１２ｂに取
り付けたものである。取付部は全てシール溶接とする。

この様な構造を採用することにより、圧力計製作時、電
極１５ｂを取り付けたロッド１２ｂをスライドさせ、電
極１５ａと１５ｂの重なり合う面積を任意に選定できる
。選定後は、エンドプレート８ｂに、開いた方の側を取
り付けたコの字型の治具４５に装着したネジ４６でロッ
ド１２ｂを締め付けて固定する。

以上のべたほか、電極１５ａ、１５ｂ及び電極３０ａ、
３０ｂの周囲空間にガス２３を封入せず、排気したまま
真空にすることも考えられる。しかしこの方法は測定の
際、脱ガスの影響を受けるものと考える。また、ガス２
３の代りに小量の液体を入れ、その蒸気圧を利用するこ
とも考えられる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、高温流体の圧力を測定す
る高温用容量型圧力計のベローズ等の受圧部において、
高温流体が接触しない側、すなわち、容量測定用電極を
内蔵した背圧側を密封構造にして大気圧以下の気体を封
入し、気体の温度変化による圧力変化を演算器を用いて
補正するようにしたので、大気開放口や大気開放管をな
くすことができ、高温流体中に浸せき可能な小型でシン
プルな高温用容量型圧力計を得ることができ、また、高
温被圧力測定流体の圧力を直接知ることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高温用容量型圧力計の一実施例を示す
縦断面図、第２図は封入ガスの圧力変化を示す線図、第
３図は封入ガス圧力の温度変化を補正するための計測系
の一実施例を示すブロック図、第４図は本発明の他の実
施例を示す縦断面図、第５図は第４図のＡ−Ａ線断面図
、第６図はロッド１２ａのプレートの貫通部の一実施例
を示す図、第７図は第１図のエンドプレート８ｂのロッ
ド１２ｂが貫通する部分の電極位置調整機構の一実施例
を示す縦断面図、第８図は従来の高温用容量型圧力計の
縦断面図である。 ７・・・ケース、１０・・・ベローズ、１１・・・エン
ドプレート、１２ａ、１２ｂ・・・ロッド、１３・・・
スプリング、１５ａ、１５ｂ・・・電極、１６・・・水
素吸収全屈、１９ａ、１９ｂ−信号ケーブル、２０ａ、
２０ｂ・・・リード線、２２・・・封入ガス、２３・・
・熱電対、２５・・・ダイヤフラム、２６，２７．２９
・・・ケース、３０ａ、３０ｂ・・・電極、３４・・全
屈被覆信号ケーブル、４０・・・受台、４１・・・球、
４３・・・ベローズ。 ４７・・・圧力計、４８〜５２・・・演算器、５３・・
・判定器、５４・・・記録計、５５・・・表示装置。 第１　図 名匠層（゛（〕　　　　　　　　　　　　　　　ｚｓ　
−４４≧り１第３区 タ５−罎不町 第４０ 第５　困 第４図 第７ｒｉＪ ＄８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体の圧力の大きさに比例して変位する金属等の板
   または円筒体の変位量を電気容量変化として取り出す高
   温用容量型圧力計において、前記板または円筒体の前記
   流体と接触する側とは反対側にあたる側の電気容量測定
   用電極を内蔵している部分を密封構造として気体を封入
   し、該気体の温度変化による圧力変化を補正する演算器
   を具備することを特徴とする高温用容量型圧力計。 ２、前記気体は、室温で大気圧以下のものである特許請
   求の範囲第１項記載の高温用容量型圧力計。 ３、前記密封構造とした部分に水素吸収合金を内蔵して
   ある特許請求の範囲第１項または第２項記載の高温用容
   量型圧力計。 ４、前記流体の圧力の大きさに比例して変位する金属等
   の板または円筒体と連動する電極を接続するロッド支持
   部に高耐熱材製玉軸受を設けてある特許請求の範囲第１
   項または第２項または第３項記載の高温用容量型圧力計
   。 ５、流体の圧力の大きさに比例して変位する金属等の板
   または円筒体の変位量を電気容量変化として取り出す高
   温用容量型圧力計において、最外殻をなすケース左右の
   両端を円錐形等の錐状にして該円錐形先端の鋭角部を配
   管等の内部を流れる前記流体の流れ方向に対応されるよ
   うに配置し、前記板または円筒体の前記流体と接触する
   側とは反対側にあたる側の電気容量測定用電極を内蔵し
   ている部分を密封構造として気体を封入し、該気体の温
   度変化による圧力変化を補正する演算器を具備すること
   を特徴とする高温用容量型圧力計。