JPH0322574B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプロセス変量である２点間の圧力差を
測定する差圧発信器に関するものである。

例えば管内流体の流量を測定しようとする場
合、管内にオリフイス板を設けて流体抵抗とし、
その上流側と下流側との圧力差を測定して所定の
演算式に基づき流量を算定することが行なわれて
いる。この種の圧力差測定に用いられる差圧発信
器は、高圧側と低圧側との受圧ダイヤフラムに各
測定圧力を与え、この圧力による内封液の移動
を、封入回路を仕切つて設けた半導体センサの歪
により電気的出力として取出すように構成されて
いる。

ところが、この種の差圧発信器においては、プ
ロセスの測定仕様に応じた適切な寸法、強度、材
料などを備えた受圧ダイヤフラムが選定されて用
いられたとしても、時には過大圧力を受けること
があり、この過圧が半導体センサに及んでこれを
損傷させることにより爾後の測定を不可能にする
ことがある。そこで従来この過大圧力からセンサ
を保護する各種の装置が提案されて差圧発信器に
付設されている。

第１図はこの種の過大圧力保護構造を備えた従
来の差圧発信器の断面図であつて、これを同図に
基いて説明すると、半割状のボデイ１の両側に
は、波板円板状に形成された高圧側のバリアダイ
ヤフラム２と低圧側のバリアダイヤフラム３とが
装着されており、これらのバリアダイヤフラム
２，３には、ボデイ１にボルト締めされた両側の
カバー４とボデイ１との間の孔５，６から流入す
る流体によつて高圧と低圧とがそれぞれ印加され
ている。一方、ボデイ１上方のサンサカプセル７
内のセンサ室には、図示しない端子と接続された
半導体センサ８が、基板９に保持されており、こ
のセンサ８の下側である高圧側と上側である低圧
側とからは、液通路１０および１１がボデイ１に
向つて延設されている。符号１２で示すものは波
形円板状に形成されたセンタダイヤフラムであつ
て、半割状ボデイ１の中央接合部に設けた内室を
高圧側内室１３と低圧側内室１４とに画成するよ
うにボデー１に固定されており、前記各液通路１
０，１１は内室１３，１４にそれぞれ開口されて
いる。また、前記各バリアダイヤフラム２，３と
ボデイ１その間に形成されたすき間と内室１３，
１４とは、液通路１５，１５によつてそれぞれ連
通されている。そして、バリアダイヤフラム２，
３とボデイ１との間のすき間から液通路１５，１
６、内室１３，１４および液通路１０，１１を経
てセンサ８の高圧側と低圧側とに至る間には、シ
リコンオイル等の内封液１７が封入されている。

以上のように構成された差圧発信器において、
バリアダイヤフラム２，３にプロセスからの高圧
と低圧とがそれぞれ印加されると、バリアダイヤ
フラム２，３が凹んでその圧縮分だけ内封液１７
が移動し、両側の圧力差による内封液１７の移動
量の差をセンサ８が検出してこれを電気信号とし
て発信することにより差圧が測定される。この場
合センタダイヤフラム１２は両側の圧力差によつ
て変形するが内室１３，１４の壁面には着座しな
いし、また、バリアダイヤフラム２，３も正常の
差圧測定範囲ではボデイ１に着座しない。そして
例えば高圧側に過大圧力が作用すると、高圧側の
バリアダイヤフラム２が大きく変形してボデイ１
へ全面的に着座するので、高圧側の圧力が内部に
伝達されなくなる。すなわち、バリアダイヤフラ
ム２が着座することによつて過大圧力保護の働き
をする。このような構造をもつ差圧発信器とし
て、例えば特開昭56−87372号公報によつて提案
されたものである。

しかしながら、従来の過大圧力保護装置を備え
た差圧発信器においては、過大圧力が作用しない
平常の測定圧力範囲下でも内封液１７がセンサ８
方向だけでなくセンタダイヤフラム１２を変位さ
せる方向へも移動し、バリアダイヤフラム２，３
に対する圧力がそのまゝセンサに伝達されないの
で、伝達効率が低く応答性が悪いばかりでなく、
センタダイヤフラム１２が内室１３，１４内にお
いては何物によつても保持されておらず、いわゆ
る揺動自在に周縁部が保持されているに過ぎない
から、反復変位によるヒステリシスが大きくて測
定精度が低下するという欠点があつた。また、こ
の種の差圧発信器においては、通常−50°から
120°に及ぶ環境温度の変化による内封液の熱膨脹
に対しての安全性を考慮して測定レンジの上限値
に対しセンサの破壊強度を５倍程度に設定してい
る。このため、センサの測定レンジも狭くなり
Ｓ／Ｎ比が悪くなるという欠点もあつた。

本発明は以上のような点に鑑みなされたもの
で、ボデイ内室をセンタダイヤフラムで仕切つて
形成した２室のうちの１室内に、互に所定間隔を
越えないように係止されセンタダイヤフラムに対
し進退自在な二板の移動板を設けてこれら移動板
間に両移動板間が所定間隔となるように弾発する
ばね部材を介装し、外側の移動板とボデイ内壁と
の間には両移動板の遊動を規制するがた取り用ば
ね部材を介装することにより、平時の測定圧力下
ではセンタダヤフラムと移動板を静止させ過大圧
力発生時には受圧ダイヤフラムを着座させるよう
に構成して圧力伝達効率と応答性ならびに測定精
度の向上を計るとともに、加工誤差を吸収するこ
とを可能にして加工を容易にした差圧発信器を提
供するものである。

第２図は本発明に係る差圧発信器の実施例の断
面図である。図において差圧発信器２１のボデイ
２２は、厚さ方向中央部に達する円形凹部を備え
た低圧側のバツクプレート２２ａと、その凹部に
嵌合されて溶着された高圧側のバツクプレート２
２ｂとで一体的に形成されており、各バツクプレ
ート２２ａ，２２ｂの側部受圧凹陥面には、波形
円板状に形成された低圧側のバリアダイヤフラム
２３と高圧側のバリアダイヤフラム２４とが、こ
れらと同形状の受圧底面との間にすき間からなる
バリアダイヤフラム室２５，２６（以下、すき間
２５，２６という）を形成するように周縁部をボ
デイ２２側に固定されて配設されている。さらに
ボデイ２２の両側受圧面には、カバー２７，２８
が接合されており、バリアダイヤフラム２３，２
４には、カバー２７，２８の孔から流入する流体
の低圧と高圧とがそれぞれ印加されている。バツ
クプレート２２ａ，２２ｂの中心部には、液通路
２９が両側のすき間２５，２６を連結して穿設さ
れており、この液通路２９上である両側のバツク
プレート２２ａ，２２ｂ間には、ボデイ内室３０
が大部分を高圧のバツクプレート２２ａ側に位置
させ一部を低圧のバツクプレート２２ｂ側に位置
させて設けられている。

符号３１で示すものは断面波形の環状に形成さ
れたセンタダイヤフラムであつて外周固定端をバ
ツクプレート２２ａ側に固定されており、その内
周可動端には円板状に形成された面積板３２の外
周部が固定されている。そしてボデイ内室３０内
には、センタダイヤフラム３１と面積板３２とに
より低圧側の内室と高圧側の内室とが隔成されて
いる。面積板３２の中心部には、連結棒３３が高
圧側の内室へ向つて一体的に穿設されており、セ
ンタダイヤフラム３１と面積板３２とで隔成され
た高圧側の内室内には、大径の移動板３４と小径
の移動板３５とが、連結棒３３に遊装されて面積
板３２に対する遠近方向へ進退自在に設けられて
いる。３６は移動板３４，３５の軸方向への移動
を規制するストツパであつて、連結棒３３の先端
ねじ部に螺合されており、バツクプレート２２ｂ
の凹孔に係入されている。両方の移動板３４と３
５との間には、低い頭裁円錐形に形成された皿ば
ね３７が介装されており、また、バツクプレート
２２ｂの凹孔に係入された移動板３５と凹孔底面
との間には、同じく低い頭裁円錐形に形成された
皿ばね３８が介装されている。このうち皿ばね３
７はの弾発力によつて移動板３４，３５がストツ
パ３６で設定された所定の間隔を保持するように
これらを面積板３２とストツパ３６とに圧接させ
ており、また皿ばね３８は移動板３５をバツクプ
レート２２ｂの内孔底面に対して弾発し、加工誤
差等で移動板３５が軸方向へ遊動しないように規
制するがた取りの役目をしている。すなわち移動
板３４はバツクプレート２２ａの段部２２ｃに対
接しており、移動板３３とバツクプレート２２ｂ
の凹孔底面２２ｄとの間にはがたとしての微小間
隙が形成されている。

前記すき間２５，２６、液通路２９およびボデ
イ内室３０には、液注入口３９，４０から注入さ
れたシリコンオイル等の内封液４１が封入されて
おり、移動板３４，３５には、この内封液４１の
連通手段としての連通孔４２，４３が穿設されて
いる。また、移動板３４の面積板３２側の側面に
は、中心部から十字状をなして放射方向へ延びる
液通路４４が設けられており、内封液４１を流通
させて面積板３２と移動板３４との離間を促進す
るように構成されている。さらにボデイ２２の上
部に接合されたセンサカプセル４５内には、第２
図には図示しないが第１図に示したセンサ８が外
周部を基板９上に接合させて載置固定されてお
り、センサ８の高圧側と低圧側とは、液通路４
６，４７によつて高圧側の内室と低圧側の内室と
に連通されている。

以上のように構成された差圧発信器の動作を第
２図および第１図の一部を用いて説明する。バリ
アダイヤフラム２３，２４にプロセスからの高圧
と低圧とがそれぞれ印加されると、バリアダイヤ
フラム２３，２４が凹んでその圧縮分だけ内封液
４１が移動し、それぞれの圧力がセンサ８の高圧
側と低圧側とに印加される。センサ８は両側の圧
力差を検出し、これを電気信号として発信するこ
とにより差圧が測定される。

そして、プロセスからの圧力は、高圧側のバリ
アダイヤフラム２４に印加される圧力が、低圧側
のバリアダイヤフラム２３に印加される圧力より
も高い場合がほとんどであつて先ずこの場合につ
いて説明する。いま高圧側の圧力をP₁、低圧側
の圧力をP₂とすると、P₁＞P₂であるから、面積
板３２の高圧側には、内封液４１を介して差圧
ΔP＝P₁−P₂が作用し、この差圧ΔPに比例した力
で面積板３０が移動板３４から離れようとする。
しかしながら移動板３４が段部２２ｃに着座して
いることと、移動板３５と面積板３２とが連結棒
３３で連結されていることとにより、面積板３０
が移動板３４から離れるためには皿ばね３７を圧
縮しなければならないので、面積板３２に作用す
る差圧ΔPが皿ばね３７のばね圧よりも小さい間
は、面積板３２が移動板３４から離れることがで
きない。したがつてこの間、内封液４１はセンサ
方向へのみ移動し、センサ８へは差圧ΔPに正し
く比例した圧力が伝達される。そして差圧ΔPが
皿ばね３７のばね圧よりも大きくなると、移動板
３５で皿ばね３７を圧縮させながら面積板３２と
センタダイヤフラム３１とが移動し始め、内封液
４１が移動板３４と面積板３２との間へ移動す
る。高圧側のバリアダイヤフラム２４への圧力
が、センサを破壊させる手前の過大圧力になる
と、バリアダイヤフラム２４がバツクプレート２
２ｂの受圧面に着座し、内封液４１の移動が停止
してそれ以上の圧力がセンサ８に伝達されない。
すなわち過大圧力はセンタダイヤフラム３１によ
つて吸収されることになる。

次にP₂＞P₁の場合について説明する。差圧ΔP
＝P₂−P₁が面積板３２の低圧側に作用すると、
面積板３２が差圧ΔPに比例する力で移動板３４
を高圧側へ移動させようとするが、この力が皿ば
ね３８のばね圧よりも小さい間は面積板３２と移
動板３４とが移動しない。移動板３４を押す力が
皿ばね３８のばね圧よりも大きくなると、皿ばね
３８が圧縮されて面積板３２と移動板３４，３５
とが高圧側へ移動するが、皿ばね３８のばね定数
ががた取り用として弱く設定されていることによ
り、差圧ΔPがあまり変化しない間に移動板３５
が凹孔底面２２ｂに着座して面積板３２が再び移
動しなくなる。さらに移動板３４を押す力が大き
くなつて皿ばね３７のばね圧よりも大きくなる
と、移動板３４は皿ばね３７を圧縮させながら再
び高圧側へ移動し、低圧側のバリアダイヤフラム
２３への圧力が所定圧以上の過大圧力になると、
バリアダイヤフラム２３がバツクプレート２２ａ
の受圧面に着座し、内封液４１の移動が停止して
それ以上の圧力がセンサ８に伝達されない。すな
わち過大圧力はセンタダイヤフラム３１によつて
吸収されたことになる。なお、内封液４１の移動
に際しては、連通孔４２，４３を設けたことによ
り移動が円滑に行なわれるし、また十字状の液通
路４４を設けたことにより、内封液４１が速かに
流入し、面積板３２と移動板３４との離間が促進
される。

なお、前記実施例では面積板３２の移動板３４
からの離間を促進させる内封液４１の流通手段と
して十字状の液通路４４を設けた例を示したが、
移動板３２の側面に、例えば星打ち加工と呼ばれ
るポンチ式の突起加工により多数の突起を設ける
などの塑性加工を施して面積板３２と移動板３４
とを隔離させ液通路を形成させるようにすれば、
加工が容易になり、加工費を削減することができ
る。

また、前記実施例では、移動板３４，３５に設
ける内封液４１の連通手段として連通孔４２，４
３を設けた例を示したが、移動板３４，３５を、
通気性のある多孔質の焼結金属や気泡状の金属ま
たはセラミツクなどの材料で形成してもよく、こ
れによつて孔加工や局面加工などの必要がなくな
つて加工費を大幅に削減することができるととも
に、内封液４１の流通が円滑になり、過大圧力保
護装置の速応性を向上させることができる。

以上の説明により明らかなように、本発明によ
れは差圧発信器において、ボデイ内室をセンタダ
イヤフラムで仕切つて形成した２室のうちの１室
内に互に所定間隔を越えないように係止されセン
タダイヤフラムに対し進退自在な２枚の移動板を
設けてこれら移動板間に両移動板間が所定の間隔
となるように弾発するばね部材を介装し、外側の
移動板とボデイ内壁との間に両移動板の遊動を規
制するがた取り用ばね部材を介装することにより
過大圧力発生時には圧力ダイヤフラムが着座して
内封液の移動が停止し、センサを過大圧力から保
護することができることはもとより、平時の測定
圧力下では高圧側、低圧側いずれの方向からの圧
力が大きくてもこれがばね部材の弾発力以下の場
合には移動板およびセンタダイヤフラムが静止し
ていて内封液がセンサ方向以外へ移動せず、受圧
ダイヤフラムが着座する直前にわずかに移動する
だけであるから、平時には差圧がそのまゝセンサ
に伝達され、従来に比べて伝達効率が著しく向上
するとともに、センタダイヤフラムの静止により
ヒステリシスを少なくすることができる。また、
センサ方向以外への内封液の移動がないので、応
答性がきわめて良好であつて測定精度が向上する
とともに、測定レンジの上限値をセンサの破壊強
度に近づけることができ、これに伴いセンサの測
定レンジが広がつてＳ／Ｎ比を高めることができ
るから測定精度の大幅な向上が可能となる。さら
に簡単な構成によりボデイ、移動板等の加工誤差
を吸収することができるので、加工が容易になり
加工費を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は過大圧力保護装置を備えた従来の差圧
発信器の断面図、第２図は本発明に係る差圧発信
器の実施例の断面図である。 ２１……差圧発信器、２２……ボデイ、２３，
２４……バリアダイヤフラム、２５，２６……す
き間、２９……液通路、３０……ボデイ内室、３
１……センタダイヤフラム、３４，３５……移動
板、３６……ストツパ、３７，３８……皿ばね、
４１……内封液、４２，４３……連通孔、４６，
４７……液通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ボデイ両側に設けられたバリアダイヤフラム
   室２５，２６にそれぞれ連通されたボデイ内室３
   ０をセンタダイヤフラム３１で二室に隔成した差
   圧発信器において、前記二室のうち一方の室に突
   出する連結棒３３を前記センタダイヤフラム３１
   と一体的に設けるとともに、この連結棒の先端に
   ストツパ３６を設け、このストツパとセンタダイ
   ヤフラム３１との間に２枚の移動板３４，３５を
   連結棒の軸線方向に移動自在に配設し、これら両
   移動板の間にばね部材３７を介装し、かつ前記セ
   ンタダイヤフラムに対して離れた部位に配設さた
   移動板３５とボデイ内室３０の一方の壁面２２ｄ
   との間に両移動板の遊動を規制するがた取り用ば
   ね部材３８を介装したことを特徴とする差圧発信
   器。