JPH03205527A - 差圧検出器 - 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】

この発明は、差圧に応じて変位するダイヤフラムとその
各側に近接対向して設けられる受面とを備え、ダイヤフ
ラムの変位に関連して生じる物理量変化、たとえばダイ
ヤフラムとその各側の固定電極との間の静電容量変化、
またはダイヤフラム表面に形成された半導体抵抗層の抵
抗変化に基づいて差圧が求められる検出器であって、と
くに過大な差圧が急速に除去されたとき、これにダイヤ
フラム変位が迅速に追従するような差圧検出器に関する
。 なお、この差圧検出器は、導入圧力の一方が大気圧また
は真空であることによって、ゲージ圧用または絶対圧用
検出器になる。

【従来の技術】

一従来例について、その断面図である第８図を参照しな
がら説明する。この一従来例は静電容量式、つまりダイ
ヤフラム変位を静電容量に変換する方式の検出器である
。 第８図において、可動電極としてのダイヤフラム５ｌの
各側に各固定電極５２．　５３がその周縁部で各接合部
５４．　５５によって固着される。各固定電極５２，５
３には、ダイヤフラム５１に対向する側に浅い凹部が設
けられ、またその中心部を貫通して各導圧孔５８，５９
が設けられる。前記の各凹部は、ダイヤフラム５１と各
固定電極５２．５３との間の各空隙５６．５７を構威す
る。 いま、各導圧孔５８．　５９からそれぞれ各圧力ＰＬＰ
２（ＰＬ　＞Ｐ２）が導入されると、その差圧に応じて
ダイヤフラム５■は、図の一点鎖線表示のように上方に
凸に湾曲し、各固定電極５２．５３との間の静電容量を
変化させる。この静電容量の変化は差動的であるから、
周知の電子回路によって差圧に比例する電流に変換する
ことができ、言いかえれば、この電流に基づいて差圧を
検出することができるわけである。 静電容量弐の別の従来例について、これを含む検出ユニ
ットの断面図である第９図を参照しながら説明する。第
９図において、別の従来例は、ダイヤフラム６１と、そ
の各側に各接合部６４．６５によって固着された各固定
電極６２．６３とからなる。このダイヤフラム６１は、
一従来例におけるダイヤフラム５１と異なり、板厚の大
きい円盤の中心部が両側から彫り込まれて薄くなってい
る。 別の従来例は、厚肉円筒状のハウジング７６の内部を軸
線方向について二分する形で設けられた隔壁７７の一方
の表面に固着される。ハウジング７６の両端面には、各
シールダイヤフラム７２．７３が固着され、各々と接す
る内部空間が各受圧室７４．７５になる。受圧室７４は
、隔壁７７を貫通する孔７８と固定電極６２を貫通する
導圧孔６８とを介して空隙６６に連通する。受圧室７５
は、固定電極６３を貫通する導圧孔６９を介して空隙６
７に連通ずる。これらの空間や孔には非圧縮性圧力媒体
、たとえばシリコーンオイルが封入液として充填される
。 さらに別の従来例について、その断面図である第ｌＯ図
を参照しながら説明する。この従来例は抵抗式、つまり
ダイヤフラム変位を電気抵抗に変換する方式の検出器で
ある。 第１０図において、可動電極としてのダイヤフラム８１
の各側に各支持板８２．　８３が各接合部８４．　８５
によって固着される。各支持板８２．　８３には、ダイ
ヤフラム８１に対向する側に浅い凹部が設けられ、また
その中心部を貫通して各導圧孔８８．　８９が設けられ
る。前記の各凹部は、ダイヤフラム８１と各支持板８２
．　８３との間の各空隙８６．８７を構戒する。また、
ダイヤフラム８ｌの一方の表面の、中心部と周縁部とに
、それぞれ対をなし中心に関して対称的に位置する歪み
ゲージとしての各抵抗層８１＾，８１Ｂが形成される。 いま、各導圧孔８８，　８９からの圧力に係る差圧に応
じてダイヤフラム８１は、図の一点鎖線表示のように上
方に凸に湾曲し、各抵抗層８１Ａ，８１Ｂを変形させそ
の抵抗値を変化させる。中心部に位置する対の抵抗層８
１Ａは引張られ、周縁部に位置する対の抵抗層８１Ｂは
圧縮されて、各抵抗値はそれぞれ増加し、減少する。こ
の電気抵抗の変化は差動的であるから、周知の電子回路
によって差圧に比例する電流に変換することができ、言
いかえれば、この電流に基づいて差圧を検出することが
できるわけである。

【発明が解決しようとする課題】

以上説明したように、従来の技術では、一従来例であれ
、別の従来例であれ、さらに別の従来例であれ、それら
に共通して言えることは、ダイヤフラムは過大圧を受け
て変位したとき、その表面の中心部が対向する受面と当
接してそれ以上の変位を抑制し、ダイヤフラムに生じる
応力の増大を抑えて破損を未然に防止することができる
、ということである。 第８図に示したー従来例の場合で代表して説明すると、
過大差圧を受けた時ダイヤフラム５１は上方に凸に湾曲
変形して、その上表面の中心部が固定電極５３の凹部の
底面をその導圧孔５９の開口部を塞ぐ形で押圧する。そ
のとき空隙５７にある封入液のために、ダイヤフラム５
ｌのそれ以上の変形が抑制される。 この変形抑制は、封入液が非圧縮性であり、かつダイヤ
フラム５１と固定電極５３の対向受面（凹部の底面）と
の各表面の粗さが小さく、この押圧面間からの封入液の
漏れが少ないから、封入液によってダイヤプラム変形が
阻止されることによる。 もちろん、このダイヤフラム変形の阻止の程度は、前記
の封入液の非圧縮性と各表面での封入液の非漏洩との程
度に応じて決まることになる。 第６図は差圧に対するダイヤフラム応力の特性図であり
、横軸に差圧Ｐを、縦軸にダイヤフラム応力σをとる。 差圧Ｐが零から値Ｐｃまで変化したときの応力σの変化
は、原点と点Ｃを結ぶ実線表示の直線で示される。差圧
Ｐｃにおいて、ダイヤフラム中心部が受面と当接し導圧
孔の開口部を寒くものとすると、封入液の非圧縮性と各
表面での封入液の非漏洩とが理想的状態であれば、これ
以上差圧が増大しても応力σは、一点鎖線表示のように
値σＣで一定である。 しかし、実際には若干の圧縮性と漏洩とがあるため、点
Ｃ以後は実線表示のように緩やかな増大傾向になる。な
お、破線表示はダイヤフラム表面に対向する固定電極の
受面がなくダイヤフラム変形が制限されない場合を示す
。また、値σａはダイヤフラムの許容応力で、使用差圧
は値Ｐｃに比べて十分小さい範囲である。 反面、共通して言える問題は、過大圧が除去されたとき
、これにダイヤフラム変位が迅速に追従し得ない、つま
りダイヤプラム変位の応答性が悪い、ということである
。この問題について、以下に詳しく述べる。 第８図において、過大な差圧が′ダイヤフラム５１に作
用した状態では、ダイヤフラム５１と固定電極５３の受
面とは、ある程度の広さの面積で接触しており、差圧が
急速に除去されたとき、ダイヤフラム変位の追従、言い
かえれば、応答性には若干の遅れを生しる。これは、導
圧孔５９が開放されてから導圧孔５９を通して封入液が
空隙５７に流入し、はしめてダイヤフラム５１に圧力が
伝達されること、封入液に粘性があること、また粘性と
互いの接触面の仕上の良さとに起因して接触面同士が密
着状態から剥離するのに時間がかかること、等のためで
ある。 第７図は過大差圧除去時における出力の時間的追従性を
示す応答図である。同図において横軸に時間Ｔを、縦軸
に出力Ｓ（％）をとったとき、過大差圧除去時に出力Ｓ
が１００％の状態からＯ％まで下降する時間、言いかえ
れば、ダイヤフラム変位の応答性は、一従来例では破線
表示のように比較的緩慢な傾向になる。 この発明の課題は、従来の技術がもつ以上の問題点を解
消し、過大な差圧が急速に除去されたとき、これにダイ
ヤフラム変位が迅速に追従するような、つまりダイヤフ
ラム変位の応答性が良い差圧検出器を提供することにあ
る。

【課題を解決するための手段】

この課題を解決するために、本発明に係る差圧検出器は
、 差圧に応じて変位するダイヤフラムと、その各側に近接
対向して設けられ、中心部に導圧孔をもつ受面とを備え
、前記ダイヤプラムの変位に関連して生じる物理量変化
、たとえばダイヤフラムとその各側の固定電極との間の
静電容量変化、またはダイヤフラム表面に形成された半
導体抵抗層の抵抗変化に基づいて前記差圧が求められる
構成である検出器において、 前記各受面が、その導圧孔と交差して形成された溝を備
える。

【作　用】

ダイヤフラムの一方の表面の中心部が、過大な差圧によ
って対向する受面に強く押圧されても、同時にこの受面
倒の導入圧が、導圧孔と交差して形戊された溝を通して
対向するダイヤフラム表面に作用している。このダイヤ
フラム表面の一部に常に作用している導入圧が、過大差
圧が急速に除去されたときのダイヤフラム変位の復帰追
従性、つまり応答性を良くする。

【実施例】

本発明に係る差圧検出器の第１の実施例について以下に
図面を参照しながら説明する。第１図は第１実施例の断
面図、第２図は同じくその内部の正面図である。 第１実施例が第８図に示した一従来例と異なる点は、固
定電極のダイヤフラムに対向する表面に導圧孔と交差し
て溝を設けたことである。すなわち、第１図において、
可動電極としてのダイヤフラム１の各個に各固定電極２
．３が各円環状接合部４．５によって固着される。各固
定電極２，３には、ダイヤフラム１に対向する側に浅い
凹部が設けられるとともに、その中心部を貫通して各導
圧孔８，９が設けられる。前記の各凹部は、ダイヤフラ
ム１と各固定電極２，３との間の各空隙６７を構成する
。 第２図は各固定電極２．３のダイヤフラム１に対向する
側の共通な正面図である。第１図における各固定電極２
，３の凹部の底面（発明における受面に相当する）に、
それぞれ溝各２Ａ，３Ａが、第２図に示されるように、
各導圧孔８，９と一文字に交差する形で設けられる。 この実施例の作用は次のとおりである。ダイヤフラム１
の一方の表面の中心部が、過大な差圧によって対向する
各固定電極２，３の受面のいずれかに強く押圧されても
、同時にこの受面側の導入圧が、各導圧孔８，９とそれ
ぞれ交差して設けられた各溝２４，３Ａを通して対向す
るダイヤフラム１表面の一部に常に作用している。 このダイヤプラムｌ表面の一部に常に作用している導入
圧が、過大差圧が急速に除去されたときのダイヤフラム
変位の復帰追従性、つまり応答性を良くするために機能
する。この第１実施例のダイヤフラム変位の応答性は、
前記の第７図において実線表示されるように、破線表示
の一従来例に比べて著しく良くなる。 ところで、ダイヤフラム変位の応答性を良くするには、
各溝２Ａ，３Ａの幅はなるべく広い方が有利である。し
かし、他方では幅が広いと各固定電極２．３の表面積を
その分だけ減少させ、ダイヤフラム１との間の静電容量
を減少させるため、ダイヤフラム変位の応答性と静電容
量との折衷が設計上で図られることになる。 第３図は第２実施例における各固定電極１２．　１３の
ダイヤフラム１１（図示してない）に対向する側の共通
な正面図である。各固定電極１２．　１３の凹部の底面
（発明における受面に相当する）に、それぞれ各溝１２
Ａ，　１２Ｂと各溝１３Ａ，１３Ｂとが、各導圧孔１８
，　１９と十文字に交差する形で設けられる。こうする
ことによって、導入圧をダイヤフラム１ｌの異なる箇所
に同時に作用させるから、第１実施例におけるよりもダ
イヤフラム変位の応答性を良くする。もっとも、十文字
の溝を設けることにより静電容量を減少させる不利があ
るので、前記のように設計上で折衷を図る必要がある。 第４図は第３実施例の断面図で、第１０図に示した従来
例に対応する。この抵抗方弐の第３実施例が第１０図の
従来例と異なる点は、各支持板のダイヤフラムに対向す
る表面に導圧孔と交差して溝を設けたことである。 すなわち、可動電極としてのシリコンのダイヤフラム２
■の各側に各支持板２２．　２３が各円環状接合部２４
．２５によって固着される。各支持板２２．２３には、
ダイヤフラム２１に対向する側に浅い凹部が設けられ、
またその中心部を貫通して各導圧孔２８，２９が設けら
れる。なお前記の各凹部は、ダイヤフラム２１と各支持
板２２．　２３との間の各空隙２６．２７を構成する。 また、ダイヤフラム２１の一方の表面の、中心部と周縁
部とに、それぞれ対をなしかつ中心に関して対称的に位
置する歪みゲージとしての各抵抗層２１Ａ，　２１Ｂが
形成されている。各支持板２２．２３のダイヤフラム２
１に対向する側に形成された凹部の底面（発明における
受面に相当する）に、それぞれ各溝２２Ａ．２３Ａが、
各導圧孔２Ｂ，２９と一文字に交差する形で設けられる
（第１実施例に係る第２図参照）。 第３実施例の作用は、差圧（Ｐｉ　−Ｐ２）によってダ
イヤフラム２ｌが変形し、この一方の表面に形成された
各抵抗層２ＬＡ，２１Ｂの組の抵抗値変化が生じること
を除いて、要点である過大差圧を急速に除去した場合に
ついては既に述べた第１実施例のそれと同じである。ま
た、溝を一文字でなく十文字にすることも可能である。 第５図は第４実施例の断面図である。抵抗方式の第４実
施例が先程の第３実施例と異なる点は、ダイヤフラム３
１の各側の周縁部に円環状溝４０を設けたことである。 この円環状溝４０によって、ダイヤフラム３１の差圧に
対する変位特性の直線性が著しく改善される。この第４
実施例の作用は第３実施例ひいては％１実施例のそれと
同しである。なお、第５図における各部材の符号は、第
４図における各対応部材の符号に単に値１０を加えたも
のであり、詳しい説明は省略する。

【発明の効果】

以上説明したように、この発明においては、ダイヤフラ
ムの一方の表面の中心部が、過大な差圧によって対向す
る受面に強く押圧されても、同時にこの受面側の導入圧
が、導圧孔と交差して形成された溝を通して対向するダ
イヤフラム表面の一部に常に作用しているため、■過大
差圧が急速に除去されたときのダイヤフラム変位の復帰
追従性、つまり応答性が良くなる、■その手段が簡単で
実施しやすい　　というすぐれた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１実施例の断面図、第２図は第
１実施例の要部の正面図、 第３図は第２実施例の要部の正面図、 第４図は第３実施例の断面図、 第５図は第４実施例の断面図、 第６図は第１実施例または従来例の、差圧に対するダイ
ヤフラム応力の共通的な特性図、第７図は過大差圧除去
時における出力の時間的追従性を示す第１実施例と従来
例とに係る応答図、第８図一従来例の断面図、 第９図は別の従来例を含む検出ユニットの断面図、第１
０図はさらに別の従来例の断面図である。 符号説明 １．ＩＬ２Ｌ３１　　：ダイヤフラム、２，１２，２２
．３２　　：固定電極、２　Ａ，　３　Ａ．　１２Ａ，
１２Ｂ，　１３Ａ．　１３Ｂ，２２Ａ，２３Ａ，３２Ａ
，３３Ａ６，　　７，　１６，１７，２６．２７，３６
，３７　　：空隙８，　　９，　１８，１９，２８，２
９．３８．３９　　：導圧孔、２２．　２３，　３２，
　３３　：支持板、２１Ａ，２１Ｂ．３１＾，３１Ｂ　
　：抵抗層、４０：円環状溝。 ：溝、 ろ６関 死７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）差圧に応じて変位するダイヤフラムと、その各側に
   近接対向して設けられ、中心部に導圧孔をもつ受面とを
   備え、前記ダイヤフラムの変位に関連して生じる物理量
   変化に基づいて前記差圧が求められる構成である検出器
   において、前記各受面は、その導圧孔と交差して形成さ
   れた溝を備えることを特徴とする差圧検出器。